მოგესალმებით ყველას.
მე დღეს ბავშვის საფენი მოვიტანე.
ცოტა ხანში ნახავთ რატომაც.
ბავშვის საფენებს საინტერესო თვისებები აქვთ.
როცა მათ წყალს დაასხამთ, ისინი უზომოდ იზრდებიან ზომაში.
ამ ექსპერიმენტს მილიონობით ბავშვი ატარებს ყოველდღე.
(სიცილი)
ეს იმიტომ,
რომ ისინი საკმაოდ ჭკვიანურადაა შექმნილი.
ისინი შექმნილია ნივთიერებისგან, რომელსაც გაფართოებად ნივთიერებას ეძახიან
ეს სპეციფიური სახის ნივთიერებაა, რომელსაც წყალს რომ დაასხამთ,
ის უზომოდ გაიზრდება,
შეიძლება 1000-ჯერაც კი.
ეს ძალიან ფართოდ გამოყენებადი სამრეწველო პოლიმერია.
MIT - ში ჩვენი ჯგუფი ცდილობს
ტვინზეც იგივე განახორციელოს.
შეიძლება კი, ის იმდენად გავზარდოთ,
რომ მისი უმცირესი შემადგენელი ნაწილები,
ბიომოლეკულები დავინახოთ?
როგორ არიან ორგანიზებულები სამ განზომილებაში,
მათი სტრუქტურა, ტვინის ასე ვთქვათ, უშუალო სტრუქტურა.
თუ ამას შევძლებთ,
შეიძლება უკეთ გავიგოთ, თუ როგორ წარმოიშვება ტვინში
აზრები და ემოიცები,
ქმედებები და გრძნობები.
შეიძლება დაავდების გამომწვევ
ზუსტ ცვლილებებს მივაგნოთ ტვინში.
დაავადებებისას, როგორებიცაა ალცჰაიმერი და პარკინსონი,
რომელთათვისაც ძალიან ცოტა მკურნალობის
და უფრო ნაკლები განკურნების მეთოდია
და რომელთა გამომწვევი მიზეზი, ხშირად არც კი ვიცით.
ჩვენი ჯგუფი MIT-ში
ცდილობს ამ პრობლემას ნეირომეცნიერებაში ბოლო 100 წლის მანძილზე
არსებული ხედვებისგან განსხვავებულად მიუდგეს.
ჩვენ დიზაინერები და გამომგონებლები ვართ.
ვცდილობთ გავარკვიოთ, როგორ შევქმნათ ტექნოლოგია,
რომელიც ტვინის შესწავლის და განკურნების საშუალებას მოგვცემს.
საქმე იმაშია,
რომ ტვინი უაღრესად რთული რამაა.
ნეირომეცნიერების პირველ საუკუნეში დავადგინეთ,
რომ ტვინი ძალიან რთული ქსელია,
რომელიც ძალიან სპეციფიური უჯრედებისგან, ნეირონებისგან შედგება,
რომელთაც რთული გეომეტრია აქვთ
და ელექტრული სიგნალები ამ რთული ფორმის ნეირონებში მიედინება.
ეს ნეირონები ქსელშია ჩართული.
ამ ქსელში ისინი სინაფსებითაა შეერთებული, რომლებიც ქიმიკატების მიმოცვლას ახდენენ.
ამ გზით ესაუბრებიან ნეირონები ერთმანეთს.
ტვინში მათი წარმოუდგენელი სიმჭიდროვეა.
ტვინის 1 კუბურ მილიმეტრში
დაახლოებით 100 000 ნეირონია
და ალბათ მილიარდი შეერთება
უფრო მეტიც,
ნეირონის გადიდება რომ შეგეძლოთ
და ეს რა თქმა უნდა გრაფიკული ვერსიაა,
დაინახავდით ათასობით სახის ბიომოლეკულას,
პატარა ნანო ზომის მექანიზმებს, რომლებიც სამგანზილებიან,
რთულ სტრუქტურას წარმოადგენენ.
ისინი ერთად ელექტრულ იმპულსებს და ქიმიკატების მიმოცვლას უზრუნველყოფენ,
რომლებიც ნეირონების ერთად მუშაობის შედეგად
აზრებს, გრძნობებს და სხვა ფენომენებს წარმოქმნის.
ჩვენ არ ვიცით როგორაა ნეირონები
ტვინში ქსელის სახით ორგანიზებული
და არც ბიომოლეკულები ვიცით
როგორაა ნეიორონებში ორგანიზებული ისე,
რომ ქმნიან რთულ მექანიზმებს.
ამის რეალურად შესწავლისთვის,
ახალი ტექნოლოგიები დაგვჭირდება.
თუ ჩვენ მივიღებთ რუკას,
სადაც ვნახავთ მოლეკულების და ნეირონების
და ნეირონული ქსელების ორგანიზაციულ სტრუქტურას,
შეიძლება გავიგოთ, როგორ ამუშავებს ტვინი
სენსორულ ინფორმაციას
აზავებს მათ ემოციებსა და გრძნობებთან
და წარმოქმნის ჩვენს გადაწყვეტილებებსა და ქმედებებს.
იქნებ ტვინის დაავადებისას წარმოქნილი
ზუსტი მოლეკულური ცვლილების დადგენა შევძლოთ
და როცა უკვე გვეცოდინება რა ცვლილება მოხდა,
იქნება ეს მათი რაოდენობის ზრდა, თუ მათი სტრუქტურის ცვლილება,
ამას ახალი წამლების შესაქმნელად გამოვიყენებდით.
ტვინში ენერგიის მიწოდების ახალი გზებისთვის,
მისი დაზიანებული ფუნქციონალობის აღსადგენად,
პაციენტებში, რომლებსაც ტვინის დაავადებები აწუხებთ.
უკანასკნელი საუკუნის მანძილზე ამის მოსაგვარებლად გამოყენებული
უამრავი სხვადასხვა ტექნოლოგია გვინახავს..
მგონი ყველას გვინახავს
ტვინის მაგნიტურ რეზონანსული სურათი.
ეს, რა თქმა უნდა დიდებული არაინვაზიური საშუალებებია,
რომლებიც შეიძლება ცოცხალ ადამიანებზე გამოვიყენოთ,
მაგრამ ისინი ასევე სივრცულად უზუსტოა.
თითოეული ეს ლაქა, ან ე.წ. ვოქსელი, რომელსაც ხედავთ,
მილიონობით ნეირონს შეიცავს.
ანუ, ეს გარჩევადობის ის დონე არაა,
რომელზეც შესაძლებელი იქნებოდა იმ მოლეკულური ცვლილების,
ან იმ დაქსელვის ცვლილების დადგენა,
რომელიც ჩვენს ცნობიერ და ძლევამოსილ არსებებად ყოფნას უზრუნველყოფს.
მოერეს მხრივ, გვაქვს მიკროსკოპები.
მიკროსკოპები უმცირესი ნაწილაკების გამოსაჩენად სინათლეს იყენებენ.
საუკუნეების მანძილზე ისინი ბაქტერიების მსგავსი ნაწილაკების დასანახად გამოიყენება.
ნეირომეცნიერებაში კი,
პირველ რიგში სწორედ მიკროსკოპების საშუალებით მოხდა ნეირონების აღმოჩენა,
დაახლოებით 130 წლის წინ.
მაგრამ სინათლეს პრინციპული შეზღუდვა აქვს.
თქვენ ვერ შეხედავთ ინდივიდუალურ მოლეკულას ჩვეულებრივი მიკროსკოპით.
ვერ შეხედავთ ამ უმცირეს შეერთებებს.
ამიტომ, თუ გვინდა ტვინი უფრო კარგად შევისწავლოთ
და მისი სტრუქტურის უშუალოდ დანახვამდე დავიდეთ,
კიდევ უფრო უკეთესი ტექნოლოგია გვჭირდება.
ჩემმა ჯგუფმა, რამდენიმე წლის წინ იფიქრა:
რატომ არ შეგვიძლია საპირისპირო ვქნათ.
თუ ასე ძნელია ტვინში ჩახედვა,
რატომ არ შეიძლება თავად ის გავზარდოთ?
პირველად ეს,
ორ ბაკალავრთან, ფეი ჩენთან და პოლ ტილბერგთან ერთად დაიწყო.
ახლა ბევრი სხვა ჩაერთო ამ პროცესში და გვეხმარება.
ჩვენ გადავწყვიტეთ გაგვერკვია შეიძლებოდა თუ არა პოლიმერი,
როგორც ეს ბავშვის საფენშია,
ფიზიკურად ჩაგვენერგა ტვინში.
თუ ამას სწორად ვიზამდით და წყალს დავასხმადით,
ტვინი ზომაში ისე უნდა გაზრდილიყო,
რომ შესაძლებელი გახდებოდა უმცირესი ბიომოლეკულების გარჩევა.
დავინახავდით შეერთებებსაც და შევადგენდით ტვინის რუკას.
ამას დრამატული შედეგის პოტენციალი ჰქონდა.
აქ პატარა ნიმუში გვაქვს.
ბავშვის შესაბამისი მასალა ამოვიღეთ.
ინტერნეტში მისი ყოდვა ბევრად ადვილია,
ვიდრე საფენში არსებული ცოტაოდენი მარცვლების ამოღება.
ამ სუფთა პოლიმერის
მხოლოდ ერთ ჩაის კოვზს ჩავყრი
და ცოტა წყალს დავასხამ.
ვნახოთ, ეს ერთი ჩაის კოვზი
ბავშვის საფენიდან ამორებული მასალა,
ზომაში თუ გაიზრდება.
თქვენ დაინახავთ, რომ ის დაახლოებით ათასჯერ გაიზრდება
თქვენ თვალწინ.
უფრო მეტი შეიძლებოდა დამესხა,
მაგრამ მგონი გასაგებია,
რომ ეს ძალიან, ძალიან საინტერესო მოლეკულაა
და თუ მას სწორად გამოვიყენებთ,
რეალურად შევძლებთ ტვინის ისეთი დეტალების დანახვას,
რომელთა დანახვაც არსებული საშუალებებით შეუძლებელია.
კარგი, ახლა ცოტაოდენი ქიმია.
რა ხდება ბავშვის საფენის პოლიმერში?
რომ გავადიდოთ,
ეს დაახლოებით ასე გამოიყურება, როგორც ეკრანზეა.
პოლიმერები ატომების ჯაჭვია, რომელიც გრძელ წვრილ ხაზებადაა აწყობილი.
ჯაჭვები ძალიან მცირეა,
დაახლოებით ბიომოლეკულის სისქის,
პოლიმერებიც მჭიდროდაა ერთმანეთთან.
ერთმანეთისგან დაახლოებით
ბიომოლეკულის ზომით არიან დაშორებულები.
ეს ძალიან კარგია,
რადგან პოტენციურად ტვინში ყველაფრის გაფართოება შეგვიძლია.
თუ წყალს დავასხამთ,
ეს გაფართოებადი ნივთიერება შეიწოვს მას,
პოლიმერის ჯაჭვები დაშორდება ერთმანეთს
და მთლიანი ნივთიერება ზომაში გაიზრდება.
რადგან ეს ჯაჭვები ასე პატარაა
და ერთმანეთისგან ბიომოლეკულური მანძილებითაა დაშორებული,
პოტენციურად ტვინის იმდენად გაფართოება შეგვიძლია,
რომ ისინი მარტივად დავინახოთ.
აქ ერთი გამოცანაა:
როგორ უნდა ჩავსვათ ეს პოლიმერის ჯაჭვები ტვინში ისე,
რომ ყველა ბიომოლეკულა განვაცალკევოთ?
ეს რომ შევძლოთ,
მაშინ ტვინის უშუალო რუკასაც მივიღებდით.
შეერთებების ქსელს დავინახავდით.
შიგნით ჩავიხედავდით და მოლეკულებს ვნახავდით.
ამის ასახნელად ანიმაცია შევქმენით,
სადაც გრაფიკულ ვერსიაში, შეგვიძლია ვნახოთ,
თუ როგორ შეიძლება ბიომოლეკულები გამოიყურებოდნენ
და როგორ შეიძლება განვაცალკევოთ ისინი.
ნაბიჯი პირველი: პირველ რიგში,
ყოველი ყავისფრად აღნიშნული ბიომოლეკულა უნდა მივამაგროთ
პატარა ღუზაზე, პატარა ხელჩასაჭიდზე.
ჩვენ ტვინის მოლეკულები ერთმანეთისგან უნდა განვაცალკევოთ
და ამისთვის პატარა ხელჩასაჭიდი გვჭირდება,
რომელიც პოლიმერების მიბმის
და მათი ძალის გამოყენების საშუალებას მოგვცემს.
თუ ბავშვის საფენიდან პოლიმერს ტვინს უბრალოდ დავადებთ,
ცხადია, ის ზემოდან დარჩება.
ამიტომ, პოლიმერის შიგნით ჩასმის საშუალება უნდა ვნახოთ.
აქ კი, ძალიან გაგვიმართლა.
როგორც აღმოჩნდა შესაძლებელია, საშენი ბლოკების,
ე.წ. მონომერების მიღება.
თუ მათ ტვინში შეუშვებთ
და შემდეგ ქიმიურ რეაქციას გამოიწვევთ,
ისინი გრძელ ჯაჭვს შექმნიან
შიგ ტვინის ქსოვილში.
ისინი საკუთარ გზას ბიომოლეკულების გარშემო
და მათ შორის გაიკვლევენ,
რითიც რთულ ქსელებს შექმნიან,
რომლებიც საბოლოო ჯამში საშუალებას მოგვცემს
მოლეკულები ერთმანეთისგან განვაცალკევოთ.
ყოველ ჯერზე, როცა ეს პატარა ხელჩასაჭიდი ახლოსაა,
პოლიმერი ხელჩასაჭიდს მიებმება და ჩვენც სწორედ ეს გვჭირდება,
იმისთვის რომ მოკლეულები განვაცალკევოთ.
მაშ ასე, საპასუხისმგებლო მომენტი:
ეს ნიმუში ქიმიურად ისე უნდა დავამუშაოთ,
რომ მოლეკულების ურთიერთკავშირი შევასუსტოთ
და შემდეგ, როცა წყალს დავასხამთ,
გაფართოებადი ნივთოერება მის შეწოვას დაიწყებს,
პოლიმერის ჯაჭვები განცალკევდება,
ახლა უკვე ბიომოლეკულებთან ერთად.
როგორც ბუშტზე რაღაცის დახატვისას,
როცა მას გაბერავთ
ნახატი იგივე რჩება,
მაგრამ მელნის ნაწილაკები ერთმანეთს შორდებიან.
ზუსტად ამის გაკეთება შევძელით, ოღონდ სამ განზომილებაში.
ერთი უკანასკნელი ხრიკია.
როგორც აქ ხედავთ,
ჩვენ ყველა ბიომოლეკულა ყავისფრად აღვნიშნეთ.
რადგან ისინი ყველა დაახლოებით ერთნაირად გამოიყურება.
ბიომოლეკულები ერთნაირი ატომებისგან შედგება,
მაგრამ სხვადასხვა თანმიმდევრობით.
ამიტომ, ბოლოს
მათი ხილვადობისთვის რაც გვჭირდება,
კაშკაშა ფერების პატარა ტეგებია,
რომლებიც მათი გარჩევის საშუალებას მოგვცემს.
ერთი ტიპის ბიომოლეკულა შეიძლება იყოს ლურჯი.
მეორე ტიპის ბიომოლეკულა კი - წითელი
და ა.შ.
ეს ბოლო ნაბიჯია.
ახლა შეიძლება დავინახოთ როგორც ტვინი,
ისე დავინახოთ მისი ცალკეულ მოლეკულა,
რადგან ჩვენ ისინი იმდენად დავაშორეთ ერთმანეთს,
რომ შეგვიძლია გავარჩიოთ.
ამგვარად უხილავის, ხილვადად ქცევის იმედი გვაქვს.
ჩვენ შეიძლება პატარა და გაურკვეველი ნაწილაკები
ისე გავაფართოვოთ, რომ ისინი
სიცოცხლის შესახებ ინფორმაციის წყარო გახდეს.
აი, ვიდეო, რომელიც ამას აჩვენებს.
ჩვენ აქ პატარა ტვინი გვიდევს თასზე.
ტვინის პატარა ნაწილი, პრინციპში.
შიგნით პოლიმერი ჩავსვით
და ახლა წყალს ვასხამთ.
ეს ვიდეო 6-ჯერაა აჩქარებული.
სადაც დაინახავთ, რომ თქვენს თვალწინ
ტვინის ეს პატარა ნაწილი გაიზრდება.
მას შეუძლია 100-ჯერ, ან მეტჯერაც კი გაფართოვდეს.
ყველაზე მაგარი ისაა, რომ რადგან ეს პოლიმერები ასე მცირეა,
ჩვენ ამ ბიომოლეკულებს თანაბრად ვაშორებთ ერთმანეთს.
ეს გლუვი გაფართოებაა.
ჩვენ ინფორმაციის სტრუქტურას არ ვკარგავთ.
ჩვენ მას მხოლოდ ადვილად დასანახს ვხდით.
ახლა ჩვენ შეგვიძლია ტვინის რეალური სქემა ვნახოთ.
მაგალითად ტვინის ეს ნაწილი, მეხსიერებაზეა პასუხისმგებელი
და შეგვიძლია გავზარდოთ.
შეგვიძლია უშუალოდ ვნახოთ, როგორაა სქემები აწყობილი.
შეიძლება როდესმე მეხსიერებაც ამოვიკითხოთ.
შეიძლება რალურად გავიგოთ როგორაა აწყობილი სქემები,
რომელიც ემოციებს ამუშავებს.
როგორაა შეერთებები ტვინში ორგანიზებული,
რომ იმად გვაქციოს, რაც ვართ.
და რა თქმა უნდა, იმედია, შევძლებთ
მოლეკულურ დონეზე პრობლემების შესწავლას.
იქნებ ტვინის უჯრედებში ჩახედვა შევძლოთ
და გავარკვიოთ, რომ მაგალითად,
ეპილეფსიით, ან პარკინსონით დაავადებული ადამიანის ტვინის ქსოვილში,
აი, ამ 17-მა მოლეკულამ განიცადა ცვლილება.
თუ ასეთი ანომალიების სიას შევადგენთ,
მკურნალობასაც მათი გამოსწორებისკენ მივმართავთ.
წამლებსაც მათ მიხედვით შევქმნით.
შესაძლოა ენერგია ტვინის სხვა ადგილებისკენ მივმართოთ,
რომ პარკინსონიან, ეპილეპსიან,
ან სხვა დაავადების მქონე მილიარდობით პაციენტს
დავეხმაროთ მსოფლიოში.
საინტერესო რამ ხდება.
აღმოჩნდა რომ ბიომედიცინაში,
სხვა პრობლემებიც არსებობს, რომლებშიც შეიძლება გაფართოება დაგვეხმაროს.
ეს, ძუძუს კიბოს მქონე პაციენტის ნამდვილი ბიოფსიაა.
აღმოჩნდა, რომ თუ კიბოს შევხედავთ,
თუ შევხედავთ იმუნურ სისტემას,
თუ შევხედავთ დაბერებას, დაავადების განვითარებას,
ყველა ამ პროცესში მსხვილი ბიოლოგიური სისტემები მონაწილეობს,
თუმცა, პრობლემები რა თქმა უნდა ნანო ზომის მოლეკულებში იწყება.
მექანიზმებში, რომლებიც ჩვენს უჯრედებს და ორგანოებს ამუშავებს.
ამიტომ, ჩვენ ვცდილობთ,
დაავადებათა ფართე სპექტრისთვის ტექნოლოგიის გამოყენებით,
სიცოცხლის მდგენელი ბლოკების რუკის შექმნას.
შევძლებთ სიმსივნურ ქსოვილში მოლეკულური ცვლილებების დადგენას,
რომ შემდეგ ჭკვიანურად მოვუაროთ მას
და შევქმნათ წამალი, რომელიც ზუსტად ჩვენთვის სასურველ უჯრედებს გაანადგირებს?
როგორც იცით, მედიცინა დიდ წილად რისკია.
ზოგჯერ, ვარაუდიც კი.
ვიმედოვნებ, რომ შევძლებთ ეს რისკიანი საქმე,
უფრო სანდო რამედ ვაქციოთ.
მთვარეზე დაჯდომას თუ გაიხსენებთ,
როცა რეალურად დავდგით ფეხი მთვარეზე,
ამას მყარი მეცნიერული საფუძველი ჰქონდა.
ჩვენ გვესმოდა გრავიტაცია;
გვესმოდა აეროდინამიკა;
ვიცოდით, როგორ აგვეგო ხომალდები.
მეცნიერულ რისკებს ვაკონტროლებდით.
ეს ინჟინერიის უდიდესი მიღწევა იყო,
მაგრამ მედიცინაში ჩვენ არ გვაქვს ყველა კანონი.
გვაქვს კი, მედიცინაში გრავიტაციის,
ან აეროდინამიკის ანალოგიური კანონები?
მე ვფიქრობ, რომ ისეთი ტექნოლოგოებით,
რომლებზეც დღეს ვსაუბრობ,
შეიძლება დაიწეროს მსგავსი კანონები.
ჩვენ შეიძლება ცოცხალი ორგანიზმების ფუნქციონალობის მოდელები შევქმნათ
და გავარკვიოთ, თუ როგორ განვკურნოთ დაავადებები, რომლებიც ასე გვაწუხებს.
იცით, მე და ჩემს ცოლს ორი პატარა შვილი გვყავს
და ჩემი, როგორც ბიოინჟინერის ერთ-ერთი ოცნებაა,
ცხოვრება მათთვის უფრო უკეთესი გავხადო, ვიდრე ის დღესაა ჩვენთვის.
ვიმედოვნებ, რომ თუ ჩვენ შევძლებთ ბიოლოგია და მედიცინა,
მაღალი რისკის მქონე ძალისხმევიდან, რომელიც გამართლებით და შემთხვევითობით მუშაობს,
გადავიყვანოთ საქმიანობად, სადაც ოსტატობას და შრომას მოაქვს წარმატება,
მაშინ ეს უდიდესი მიღწევა იქნება.
დიდი მადლობა.
(აპლოდისმენტები)