0:00:00.904,0:00:02.309
大家好

0:00:02.333,0:00:04.976
今天我带来了婴儿纸尿布

0:00:06.793,0:00:08.515
等一下，你们就知道为什么了

0:00:08.539,0:00:10.549
婴儿纸尿布有些很有趣的特性

0:00:10.573,0:00:13.264
比如加水会膨胀

0:00:13.288,0:00:16.272
每天有数百万的小孩在做这个实验

0:00:16.296,0:00:17.446
（笑声）

0:00:17.470,0:00:18.964
但尿布会膨胀的原因

0:00:18.988,0:00:21.178
是源于它们的巧妙设计

0:00:21.202,0:00:23.837
它们是用可膨胀的材料制成

0:00:23.861,0:00:26.598
如果把水加到这种特殊材料中

0:00:26.622,0:00:28.052
它就会疯狂地膨胀

0:00:28.076,0:00:30.242
体积约胀到1000倍

0:00:30.266,0:00:33.502
这是个非常有用的工业类聚合物

0:00:33.819,0:00:36.345
我在麻省理工学院的研究团队

0:00:36.369,0:00:39.582
想要尝试用类似的方法让大脑膨胀

0:00:39.606,0:00:40.765
试试我们能否把人脑胀大

0:00:40.789,0:00:42.467
大到可以让人窥视它的内部

0:00:42.481,0:00:45.109
看里面的小组件和生物分子

0:00:45.133,0:00:47.284
看它们在三度空间的组合方式

0:00:47.308,0:00:50.793
看大脑的结构和里面的实况

0:00:50.817,0:00:51.975
如果办得到

0:00:51.999,0:00:55.508
也许我们能更理解人脑的组织

0:00:55.532,0:00:57.191
理解它如何产生思想和情感

0:00:57.215,0:00:58.934
行动和感觉

0:00:58.958,0:01:02.373
或许我们可以知道究竟是什么产生了变化

0:01:02.397,0:01:04.173
导致大脑发生病变

0:01:04.197,0:01:07.409
像是老年痴呆症、癫痫和帕金森氏症这些疾病

0:01:07.433,0:01:10.011
这些疾病只有少数相应疗法，极少人可以被治愈

0:01:10.035,0:01:13.652
我们往往不知道这些疾病的原因或者起源

0:01:13.676,0:01:15.811
以及是什么引发了疾病

0:01:16.613,0:01:18.353
我们在麻省理工学院的研究小组

0:01:18.377,0:01:21.063
正尝试采取不同的观点

0:01:21.087,0:01:24.317
这些观点有别于过往百年研究神经科学的方法

0:01:24.341,0:01:25.920
我们既是设计师，又是发明家

0:01:25.944,0:01:28.488
我们正在尝试怎样发明出新的科技

0:01:28.512,0:01:30.968
能让我们审视和修复大脑

0:01:30.992,0:01:32.143
这么做的原因是

0:01:32.167,0:01:34.968
大脑的复杂程度令人难以置信

0:01:35.484,0:01:38.371
回望脑神经科学研究的第一个百年,我们得知了

0:01:38.395,0:01:40.698
大脑是个很复杂的网络

0:01:40.722,0:01:43.202
由称做神经元的特殊细胞

0:01:43.226,0:01:44.893
以复杂的几何形状连结而成

0:01:44.917,0:01:49.154
电流可以通过这些形状复杂的神经元

0:01:49.653,0:01:52.437
此外，神经元被连接在网络中

0:01:52.461,0:01:56.296
它们通过被称为突触的微小连接口来交换化学物质

0:01:56.320,0:01:58.538
让神经元彼此间交流讯息

0:01:58.562,0:02:00.502
大脑有着不可思议的高密度

0:02:00.526,0:02:02.833
在每一立方毫米的大脑中

0:02:02.857,0:02:05.314
约有十万个神经元

0:02:05.338,0:02:07.855
可能有十亿个连接

0:02:08.887,0:02:10.269
怎么可能进行研究

0:02:10.293,0:02:12.598
如果你能拉近神经元放大看

0:02:12.622,0:02:15.372
当然，你们看到的这个只是我们的艺术家做的图像

0:02:15.396,0:02:19.603
你会看到成千上万种的生物分子

0:02:19.627,0:02:24.027
这些立体3D、纳米级的结构共同作用

0:02:24.051,0:02:26.679
产生电脉冲

0:02:26.703,0:02:30.640
并交换化学物质，使神经元相互作用

0:02:30.664,0:02:34.333
以产生想法、感觉等等

0:02:34.357,0:02:38.121
我们不知道大脑中的神经元

0:02:38.145,0:02:39.319
是如何形成网络系统的

0:02:39.343,0:02:41.843
我们也不知道生物分子

0:02:41.867,0:02:43.041
是如何在神经元中

0:02:43.065,0:02:45.470
形成这复杂有序的机制的

0:02:45.918,0:02:47.738
如果我们真想理解这些问题

0:02:47.762,0:02:49.579
就必须有新的技术

0:02:49.603,0:02:51.387
如果我们可以做出图像

0:02:51.411,0:02:54.354
让我们看得到分子和神经元的构造

0:02:54.378,0:02:55.944
和神经元网络系统

0:02:55.968,0:02:59.405
也许我们能真正了解大脑是如何传送

0:02:59.429,0:03:00.596
来自感官区的信号

0:03:00.620,0:03:02.356
从而混合入情绪和情感

0:03:02.380,0:03:04.774
以产生决策和行动

0:03:05.131,0:03:08.920
也许我们可以确切查明[br]

0:03:08.944,0:03:10.146
病变大脑中产生变化的分子

0:03:10.170,0:03:12.992
一旦我们弄清楚分子如何改变

0:03:13.016,0:03:15.796
不论是数目增加或是型态改变

0:03:15.820,0:03:18.759
我们可以把这些分子用来开发新药

0:03:18.783,0:03:21.054
用来发明新的把能量传送到大脑的方式

0:03:21.078,0:03:24.958
帮助受脑疾折磨的患者

0:03:24.982,0:03:27.281
修复它们脑中受损的地方

0:03:27.793,0:03:31.036
我们已经见证到，上个世纪有许多技术

0:03:31.060,0:03:32.226
都尝试要解決这个问题

0:03:32.250,0:03:34.130
我们都见过核磁共振成像仪

0:03:34.154,0:03:36.188
被用来扫描脑部

0:03:36.212,0:03:39.559
当然，这些仪器有不具侵入性

0:03:39.583,0:03:41.938
所以可用于活体研究

0:03:42.407,0:03:44.638
但是它们的成像却很粗糙

0:03:44.662,0:03:47.652
你可以看到的这些黄色块状物，或者立体像素

0:03:47.676,0:03:50.365
可能包含有数以百万计的神经元

0:03:50.389,0:03:52.239
这样的分辨率

0:03:52.263,0:03:54.801
仍不足以查明是哪些分子发生了变化

0:03:54.825,0:03:57.111
或哪些连接有了变化

0:03:57.135,0:04:01.081
正是这些使我们成为有意识的强大的生物

0:04:01.797,0:04:04.978
另一个极端的仪器是显微镜

0:04:05.002,0:04:08.297
显微镜利用光源来观察微小的东西

0:04:08.321,0:04:11.396
数百年来被用以观察像细菌这样的小东西

0:04:11.420,0:04:12.571
就神经科学来说

0:04:12.595,0:04:16.007
我们首次使用显微镜发现神经元

0:04:16.031,0:04:17.323
大约是在130年前

0:04:17.347,0:04:19.665
但"光"有极大的局限性

0:04:19.689,0:04:22.987
用普通的旧式光学显微镜人们无法看到单个分子

0:04:23.011,0:04:25.163
看不到这些微小的连接

0:04:25.187,0:04:29.129
所以，如果我们要用更强而有力的方法

0:04:29.153,0:04:31.321
来观察大脑的结构

0:04:31.345,0:04:34.625
我们需有更好的技术

0:04:35.611,0:04:37.835
几年前，我的研究小组开始思考

0:04:37.859,0:04:39.271
何不反向操作呢

0:04:39.295,0:04:41.756
如果想试着拉近距离去观察大脑这么费劲

0:04:41.780,0:04:43.723
我们为什么不把大脑变大呢

0:04:44.166,0:04:45.321
开始这个项目的是我组里的两个研究生

0:04:45.345,0:04:48.341
Fei Chen和Paul Tillberg

0:04:48.365,0:04:51.085
现在有更多人加入进来帮着做

0:04:51.109,0:04:53.871
我们决定要找出方法，尝试利用聚合物

0:04:53.895,0:04:55.524
就是婴儿纸尿裤中的那个材料

0:04:55.548,0:04:57.554
把它放在大脑中

0:04:57.578,0:04:59.819
如果做得恰到好处，再加入水

0:04:59.843,0:05:01.678
就可能把大脑放大到

0:05:01.702,0:05:05.079
足以把小分子个别地分辨出来的程度

0:05:05.103,0:05:07.973
这样你就可以看到脑中那些(神经元)连结的图像

0:05:07.997,0:05:09.985
这相当激励人心

0:05:10.009,0:05:13.017
我今天准备向各位演示一下

0:05:13.538,0:05:16.113
这有一些婴儿纸尿裤的原料

0:05:16.137,0:05:18.411
在网上直接买这个

0:05:18.435,0:05:21.910
比从纸尿布里提取少数原料要容易得多

0:05:21.934,0:05:24.159
我只放入一茶匙的

0:05:24.706,0:05:26.500
精致聚合物

0:05:27.270,0:05:29.422
然后加入一些水

0:05:29.446,0:05:30.608
接下来要做的

0:05:30.632,0:05:33.643
是看看这一茶匙的聚合物会不会

0:05:33.667,0:05:35.376
膨胀开来

0:05:36.687,0:05:40.383
现在，各位可以亲眼看到

0:05:40.407,0:05:41.693
它大约会膨胀一千倍

0:05:49.597,0:05:51.569
我可以继续加水

0:05:51.593,0:05:53.151
但大家肯定已经知道会发生什么了

0:05:53.175,0:05:55.677
这是一种非常有意思的分子

0:05:55.701,0:05:57.613
如果使用得当

0:05:57.637,0:05:59.958
我们就可以观察到

0:05:59.982,0:06:02.576
以前无法观察到的大脑细节

0:06:03.227,0:06:05.281
好了，讲化学时间到

0:06:05.305,0:06:07.747
纸尿裤里的聚合物发生了什么呢

0:06:07.771,0:06:09.447
如果你能拉近放大来看

0:06:09.471,0:06:12.144
可能就像你现在在屏幕上看到的

0:06:12.168,0:06:16.660
这个聚合物正是由原子排成的众多细长的链条组成

0:06:16.684,0:06:18.051
这些链条非常微小

0:06:18.075,0:06:19.939
大约是一个生物分子的宽度

0:06:19.963,0:06:21.710
而且这些聚合物非常密集

0:06:21.734,0:06:23.234
它们之间的距离

0:06:23.258,0:06:25.510
大约是一个生物分子的大小

0:06:25.534,0:06:26.699
这非常好

0:06:26.723,0:06:29.764
因为我们就可能把大脑每一部分都分解开

0:06:29.788,0:06:31.636
如果再加入水

0:06:31.660,0:06:34.175
这个会膨胀的物质会吸收水分

0:06:34.199,0:06:36.599
聚合物链条彼此间的距离就会拉远

0:06:36.623,0:06:39.257
整个体积就会变得更大

0:06:39.615,0:06:41.429
由于这些链条是如此的渺小

0:06:41.453,0:06:43.658
而且原本的间距只有一个生物分子那么一丁点大

0:06:43.682,0:06:45.721
所以我们可能令让大脑膨胀

0:06:45.745,0:06:47.378
大到足以被观察

0:06:48.020,0:06:49.260
需要解决的一点是

0:06:49.284,0:06:52.894
我们要如何把聚合物链置入大脑中

0:06:52.918,0:06:55.157
让我们得以拉开生物分子的间距呢

0:06:55.181,0:06:56.332
如果做得到

0:06:56.356,0:06:58.753
或许我们就能得到大脑图的实况

0:06:58.777,0:07:00.166
观察到大脑的连接系统

0:07:00.190,0:07:03.347
及里面的分子状况

0:07:03.925,0:07:06.406
我们准备了一个动画视频来解释这一点

0:07:06.430,0:07:09.033
在这个艺术家的作品中，我们可以看到

0:07:09.057,0:07:12.598
生物分子的样貌和我们如何把它们分开的情况

0:07:12.622,0:07:15.171
步骤一：首先我们要做的是

0:07:15.195,0:07:18.584
在每一个棕色的生物分子上

0:07:18.608,0:07:20.767
粘上一个小锚，小把手

0:07:20.791,0:07:23.886
想要把大脑中分子之间的距离拉远

0:07:23.910,0:07:26.236
我们需要利用这些小把手

0:07:26.260,0:07:28.545
让聚合物和分子连接起来

0:07:28.569,0:07:30.111
因此让聚合物产生效应

0:07:31.278,0:07:34.439
如果只把尿布中的聚合物直接倒在大脑上

0:07:34.463,0:07:36.500
很显然，它们就只会堆在上面而已

0:07:36.524,0:07:39.052
因此，我们需要找个方法让聚合物进到大脑里面去

0:07:39.076,0:07:40.864
在研究过程中我们特别幸运

0:07:40.888,0:07:43.076
发现我们可以利用一些建筑块

0:07:43.100,0:07:44.472
一种被叫做"单体"的东西

0:07:44.496,0:07:46.280
如果把它们放到大脑里面

0:07:46.304,0:07:48.340
它们就会触发化学反应

0:07:48.364,0:07:51.066
然后在大脑组织里

0:07:51.090,0:07:52.888
形成细长的链条

0:07:53.325,0:07:55.722
这些链条会缠绕住生物分子

0:07:55.746,0:07:56.967
也会占住生物分子间的空隙

0:07:56.991,0:07:58.616
形成复杂的网络

0:07:58.640,0:08:01.502
最终，这可以使

0:08:01.526,0:08:02.701
大脑中的分子被拉开

0:08:02.725,0:08:05.779
在有小把手的地方

0:08:05.803,0:08:09.153
聚合物就会粘住这些把手

0:08:09.177,0:08:11.708
正好可以成为拉开分子的施力点

0:08:11.732,0:08:13.425
好吧，讲到关键时刻

0:08:13.449,0:08:15.597
我们得先用化学物质处理样本[br]

0:08:15.621,0:08:19.067
让分子彼此分散开

0:08:19.091,0:08:20.927
然后加水

0:08:20.951,0:08:23.904
这个会膨胀的材料开始吸收水分

0:08:23.928,0:08:25.631
聚合物链条会移动开来

0:08:25.655,0:08:28.377
这一次，生物分子也会跟随着一起移动

0:08:28.401,0:08:30.565
就像一个被画了图画的气球

0:08:30.589,0:08:32.176
如果被吹大

0:08:32.200,0:08:33.490
气球上的画还是同一幅画

0:08:33.514,0:08:36.062
但是上面的颜色分子间的距离被拉大了

0:08:36.086,0:08:39.553
这正是我们所做的，不过是在三维空间里

0:08:39.577,0:08:41.576
还有最后一个点

0:08:41.600,0:08:42.818
如你所见

0:08:42.842,0:08:44.951
我们把所有的生物分子都标成棕色

0:08:44.975,0:08:47.145
这是因为他们看起来都差不多是一样的

0:08:47.169,0:08:49.274
生物分子由相同的原子组成

0:08:49.298,0:08:51.538
只是顺序有差异

0:08:51.562,0:08:53.062
最后，我们还要做一件事

0:08:53.086,0:08:54.781
来把他们辨别出来

0:08:54.805,0:08:56.384
我们需要利用发光的染料

0:08:56.408,0:08:59.427
作为区分他们的标示

0:08:59.451,0:09:02.124
所以某一种生物分子可能会被标成蓝色

0:09:02.148,0:09:04.499
而另一种会被标成红色

0:09:04.523,0:09:05.799
等等

0:09:05.823,0:09:07.375
这就是最后一步

0:09:07.399,0:09:09.677
如此，我们就可以观察到大脑

0:09:09.701,0:09:11.497
和一个个不同的分子

0:09:11.521,0:09:14.228
因为我们已经把分子拉得足够开

0:09:14.252,0:09:15.950
可以对它们进行分辨

0:09:15.974,0:09:18.808
我们愿望是把不可见的变成可见的

0:09:18.832,0:09:21.398
把小而模糊的东西放大

0:09:21.422,0:09:22.573
并且不停地放大

0:09:22.597,0:09:25.774
直到它们看起来像是生命信息的星座图

0:09:25.798,0:09:28.173
这个视频正可以展现这个过程

0:09:28.197,0:09:30.568
碟里放着一個小小的脑

0:09:30.592,0:09:32.339
实际上是一片脑标本的切片

0:09:32.363,0:09:33.959
我们已在里面注入聚合物

0:09:33.983,0:09:35.450
现在要加水

0:09:35.474,0:09:37.832
你们现在看到的

0:09:37.856,0:09:39.779
是以加快了60倍速度放映的视频

0:09:39.803,0:09:42.528
这小片脑组织将会胀大

0:09:42.552,0:09:45.732
它的体积将会胀成百倍或更大

0:09:45.756,0:09:48.705
最牛的是，因为聚合物是如此渺小

0:09:48.729,0:09:51.288
我们能均匀地分开这些生物分子

0:09:51.312,0:09:52.970
这个过程会缓慢有序地进行

0:09:52.994,0:09:55.681
而且信息的型态不会失真

0:09:55.705,0:09:58.405
我们只是把它变得更容易被观察

0:09:59.333,0:10:01.509
现在我们可以取一个真实的大脑神经组织

0:10:01.533,0:10:04.667
例如这片与记忆有关的部分

0:10:04.691,0:10:05.954
拉近放大后

0:10:05.978,0:10:08.868
就可以看到实际的神经电路构造

0:10:08.892,0:10:10.860
也许有一天我们能读出一段记忆

0:10:10.884,0:10:13.663
也许我们能看到大脑在处理情绪的过程中

0:10:13.687,0:10:14.839
脑神经的回路状态

0:10:14.863,0:10:17.785
以及脑内的神经是如何连结的

0:10:17.809,0:10:20.376
正是这些决定了人与人思想之间的区别

0:10:20.400,0:10:22.447
当然我们也更希望

0:10:22.471,0:10:25.630
能在脑分子层面上分析出脑部病变的原因

0:10:25.654,0:10:28.223
试想，假如我们真的深入到大脑细胞里

0:10:28.247,0:10:31.330
发现原来大脑组织中的有17个分子发生了病变

0:10:31.354,0:10:34.809
所以病人患了癫痫

0:10:34.833,0:10:36.483
或者帕金森氏综合症

0:10:36.507,0:10:38.024
以及其它疾病，那就太好了

0:10:38.048,0:10:41.091
如果我们能有系统地把这些变异列表

0:10:41.115,0:10:43.314
这就会变成我们治疗的目标

0:10:43.338,0:10:45.015
我们可以针对那些目标来制药

0:10:45.039,0:10:47.666
或许我们能集中精力研究不同的大脑部位

0:10:47.690,0:10:50.377
以帮助世界各地

0:10:50.401,0:10:52.952
患有帕金森症、癫痫病

0:10:52.976,0:10:55.159
或其他病症的十亿人口

0:10:55.246,0:10:57.452
有一种有意思的现象正在发生

0:10:57.476,0:11:00.481
原来，这个方法对整个生物医药界的研究

0:11:00.481,0:11:02.871
也许都能帮得上忙

0:11:02.895,0:11:06.129
这是来自一个乳腺癌患者的活体标本

0:11:06.505,0:11:08.693
实际上，癌症

0:11:08.717,0:11:10.328
免疫系统

0:11:10.352,0:11:12.865
老化，生长

0:11:12.889,0:11:17.386
所有这些过程都与大规模的生物系统有关

0:11:17.410,0:11:21.434
当然，问题是从纳米级的分子开始的

0:11:21.458,0:11:25.327
这些分子正是引发细胞和器官活动的机器

0:11:25.351,0:11:27.367
我们目前正在试着理清

0:11:27.367,0:11:30.487
是否真的能用这个技术描绘出

0:11:30.487,0:11:32.832
各式各样疾病中基础生命结构组成的脉络

0:11:32.856,0:11:35.752
我们能否精确地看到肿瘤的分子变化

0:11:35.776,0:11:38.145
从而更有效地应对

0:11:38.169,0:11:42.113
并将药物直接传送到我们想要的位置内呢

0:11:42.137,0:11:44.472
要知道，很多药物的风险非常高

0:11:44.496,0:11:46.278
有的药物并未被确定真正有效

0:11:46.626,0:11:50.501
我希望我们不只以高风险的登月思维做事

0:11:50.525,0:11:52.294
而是发现更可靠的方式

0:11:52.318,0:11:54.373
如果仔细想想我们的登月计划

0:11:54.397,0:11:56.295
宇航员登陆月球的壮举

0:11:56.319,0:11:57.763
是基于扎实的科学研究的

0:11:57.787,0:11:59.390
我们通晓重力

0:11:59.414,0:12:00.755
通晓空气动力学

0:12:00.779,0:12:02.174
知道如何建造火箭

0:12:02.198,0:12:04.666
科学的风险在我们的掌控之中

0:12:04.690,0:12:07.443
至今，登月仍是个伟大的工程壮举

0:12:07.467,0:12:10.112
但在医学上，我们未必有定律可循

0:12:10.136,0:12:13.245
我们未必能研究出类似重力

0:12:13.269,0:12:15.613
和类似空气动力学的所有定律

0:12:15.637,0:12:17.367
我认为，以我今天所谈论的技术

0:12:17.391,0:12:19.263
也许某天我们真的能够[br]

0:12:19.287,0:12:20.980
导出那些定律来

0:12:21.004,0:12:23.861
我们能描绘和测绘生命系统的模型

0:12:23.885,0:12:28.443
找出方法来克服困扰我们的疾病

0:12:29.499,0:12:31.578
我妻子和我有两个年幼的孩子

0:12:31.602,0:12:34.836
身为一个生物工程学家，我有个心愿是

0:12:34.860,0:12:36.589
希望孩子们未来的生活能比目前我们的更美好

0:12:36.613,0:12:40.343
我希望我们能把生物学和医学的研究

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从偶然和运气支配又高风险的努力

0:12:44.748,0:12:48.675
转向以技艺和勤奋支配却真正有效的工作

0:12:48.699,0:12:50.597
那么这将是一个巨大的进步

0:12:50.621,0:12:51.827
非常感谢

0:12:51.851,0:13:02.234
（掌声）