脳の見えない秘密を調べる新しい方法
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0:01 - 0:02みなさん こんにちは
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0:02 - 0:05赤ちゃんの紙おむつを持ってきました
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0:07 - 0:09今 その理由がお分かりになります
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0:09 - 0:11紙おむつには
興味深い素材が使われています -
0:11 - 0:13紙おむつが水分を吸うと
非常に膨れ上がることは -
0:13 - 0:16日々何百万人もの赤ちゃんが
実証してくれています -
0:16 - 0:17（笑）
-
0:17 - 0:19その理由というのは
-
0:19 - 0:21紙おむつが巧妙に考案され
-
0:21 - 0:24膨潤性のある素材から
作られているからです -
0:24 - 0:25その特別な素材は
-
0:25 - 0:28水を加えると驚く程膨れ上がり
-
0:28 - 0:30千倍もの容積になります
-
0:30 - 0:34これは有用な工業用ポリマーですが
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0:34 - 0:35MITの私のグループは
-
0:35 - 0:40我々の脳にも同じような事が
できないかと研究しています -
0:40 - 0:41脳をもっと大きく
-
0:41 - 0:42脳内部を覗ける程大きくして
-
0:42 - 0:45細かな構成部分の生体分子全てが
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0:45 - 0:473次元的にどのような構成になっているか
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0:47 - 0:51脳の実体を見られないだろうかというものです
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0:51 - 0:52それができれば
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0:52 - 0:54我々の脳がどのように
-
0:54 - 0:55思考 感情 行動 感覚を
-
0:55 - 0:59生み出しているのか
もっと良くわかるでしょうし -
0:59 - 1:00脳のどの箇所の変化が
-
1:00 - 1:04様々な病気を起こしているかを
的確に突き止められるかも知れません -
1:04 - 1:07アルツハイマー病､てんかん､
パーキンソン病などです -
1:07 - 1:10これらの病気の完治は勿論のこと
治療法はほとんどなく -
1:10 - 1:14何が原因で発症するか
-
1:14 - 1:17はっきりとは分かっていません
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1:17 - 1:18MITの我々の研究グループは
-
1:18 - 1:21今までとは異なる視点を持ち
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1:21 - 1:24過去 100年の神経科学とは
違った方法を試みています -
1:24 - 1:27我々はデザイナーでもあり
発明家でもあります -
1:27 - 1:28我々が研究しているのは
-
1:28 - 1:31脳内を見て修復する技術を
作り上げることです -
1:31 - 1:32そんな技術が必要な理由は
-
1:32 - 1:35我々の脳は非常に複雑に
できているからです -
1:35 - 1:3820世紀を通して
我々が神経科学で学んだ事は -
1:38 - 1:41脳は非常に複雑なネットワークであり
-
1:41 - 1:43特殊化した細胞 ニューロンが
-
1:43 - 1:45とても込み入った配置をなし
-
1:45 - 1:49この複雑に構成されたニューロンを通り
電気が流れているということです -
1:50 - 1:52さらにネットワークを
作っているニューロンは -
1:52 - 1:56シナプスという小さな結合部で繫がり
化学物質で伝達し合い -
1:56 - 1:59互いに情報交換をしています
-
1:59 - 2:01我々の脳の密度はとても高く
-
2:01 - 2:03脳の１ミリ立方メートル内に
-
2:03 - 2:05約十万個のニューロン
-
2:05 - 2:08十億ものシナプスがあり得るということです
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2:09 - 2:10それだけではなく
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2:10 - 2:13１つのニューロンにズームインしてみると
-
2:13 - 2:15もちろんこれは概念図にすぎませんが―
-
2:15 - 2:20何千種もの生体分子が見られ
-
2:20 - 2:24その小さなナノスケールの生体分子が
複雑な３Dの形態で構成され -
2:24 - 2:27共に電気のパルスを送り
-
2:27 - 2:31化学物質を交換し合い
ニューロンを恊働させ -
2:31 - 2:33思考や感情などを生み出しています
-
2:33 - 2:37ニューロンがどのように脳内に
ネットワークを作っているのか -
2:37 - 2:38分かっていません
-
2:38 - 2:40このような生体分子が
-
2:40 - 2:43どのようにニューロン内で組織化され
-
2:43 - 2:46こうした複雑に組織立った機能を
持っているのか分かっていません -
2:46 - 2:48本当にこれを理解したいなら
-
2:48 - 2:50新しいテクノロジーが必要になるでしょう
-
2:50 - 2:51そんな地図を手に入れて
-
2:51 - 2:53分子とニューロンや
-
2:53 - 2:56ニューロンとネットワークの構成が
見られたとしたら -
2:56 - 2:59恐らく我々の脳がどうやって
知覚野からの情報を -
2:59 - 3:00処理して
-
3:00 - 3:02感情や感覚とミックスして
-
3:02 - 3:05我々を決断や行動に移らせるのか
本当に理解できるかも知れません -
3:05 - 3:08的確にどの分子グループが
脳の疾患を起こしているか -
3:08 - 3:10探し出せるかも知れません
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3:10 - 3:13一旦 分子がどのように
変わったかが分かれば -
3:13 - 3:16問題の分子が増えようと
パターンが変わろうと -
3:16 - 3:19その情報を新薬の標的として
-
3:19 - 3:22脳にエネルギーを送り込む
新しい方法の為に使い -
3:22 - 3:24脳疾患を持つ患者の脳機能を
-
3:24 - 3:27修復することができるでしょう
-
3:28 - 3:30前世紀に生まれた
多種多様なテクノロジーを使い -
3:30 - 3:33我々はこの問題に取り組もうとして来ました
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3:33 - 3:34脳画像を撮る
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3:34 - 3:36MRIはご存知だと思います
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3:36 - 3:40これは非侵襲的で 高性能であり
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3:40 - 3:42生きているヒトに使えますが
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3:42 - 3:45空間解像度は低く
-
3:45 - 3:48ボクセルと呼ばれる画素の１つ１つは
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3:48 - 3:50何百万ものニューロンを含んでいます
-
3:50 - 3:53それで この解像度のレベルでは
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3:53 - 3:55分子レベルの変化や
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3:55 - 3:57ヒトの意識を制御する高い能力に関わる
-
3:57 - 4:01神経ネットワークの配線の変化を
突き止めることはできません -
4:02 - 4:05その一方 顕微鏡もありますね
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4:05 - 4:08勿論 顕微鏡は微細なものを
見るために光を使います -
4:08 - 4:11何世紀もバクテリアのようなものを
見るのに使われてきました -
4:11 - 4:13神経科学において
-
4:13 - 4:16神経細胞は顕微鏡を使い発見された
というのが始まりで -
4:16 - 4:17130年程前のことです
-
4:17 - 4:21しかし顕微鏡で見られるものは
基本的に限られています -
4:21 - 4:23普通の顕微鏡では
分子は見分けられません -
4:23 - 4:25小さな結合部分を見ることができません
-
4:25 - 4:29脳をもっと詳細を鮮明に見られるようにして
-
4:29 - 4:31脳の構造を根本から把握したいならば
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4:31 - 4:35もっと進んだテクノロジーが
必要になって来るでしょう -
4:36 - 4:38数年前 私の研究グループは
こう考え始めました -
4:38 - 4:39「逆から考えてみよう
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4:39 - 4:42脳にズームインするのがそんなに難しいなら
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4:42 - 4:44脳を大きくできないだろうか？」
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4:44 - 4:45まず２人の大学院生の
-
4:45 - 4:48フェイ・チェンとポール・ティルバーグ
と共に始めました -
4:48 - 4:51今では私のグループの多くが
このプロセスに参加しています -
4:51 - 4:54紙おむつに使われている
ポリマーが使えるかどうか -
4:54 - 4:56脳内に実際埋め込んで
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4:56 - 4:58検討してみる事にしました
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4:58 - 5:00それが きちんと入り
水を加えると -
5:00 - 5:02こうして脳を膨らますことができ
-
5:02 - 5:05微細な生体分子の１つ１つが
見分けられます -
5:05 - 5:08その結合の仕方を見て
脳の地図ができます -
5:08 - 5:10これはかなり劇的なことになりかねません
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5:10 - 5:13その小さなデモを持ってきました
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5:14 - 5:16ここに精製された紙おむつの素材があります
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5:16 - 5:18ネットで買った方が
-
5:18 - 5:22オムツに実際に含まれている
少量のポリマーを抽出するよりは -
5:22 - 5:24ここに小さじ１杯分の
-
5:25 - 5:26精製されたポリマーが入っています
-
5:27 - 5:29ここに水があります
-
5:29 - 5:31今から
-
5:31 - 5:34一さじの紙おむつ素材 ポリマーが
-
5:34 - 5:35大きくなるかどうか見ます
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5:37 - 5:40千倍ほどに膨らむのが
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5:40 - 5:42今 見えてきますよ
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5:50 - 5:52もっと水を入れてもいいのですが
-
5:52 - 5:53これでポリマーが
-
5:53 - 5:56とても興味深い分子だと
お分かりになると思います -
5:56 - 5:58正しく使えば
-
5:58 - 6:00今までのテクノロジーでは
できないやり方で -
6:00 - 6:03本当に脳内にズームイン
できるかもしれません -
6:03 - 6:05今度は 化学をちょっと
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6:05 - 6:08紙おむつのポリマーでは
何が起きているのでしょう？ -
6:08 - 6:09ズームインしてみると
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6:09 - 6:12スライドのように
-
6:12 - 6:17ポリマーは原子が細長い鎖状になったものです
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6:17 - 6:18鎖はとても細く
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6:18 - 6:20生体分子の太さくらいです
-
6:20 - 6:22とても密度が高く
-
6:22 - 6:23鎖間の距離は
-
6:23 - 6:26生体分子サイズ位です
-
6:26 - 6:27これが とてもいいことなのは
-
6:27 - 6:30脳内の全てのものを分離させられる
かもしれないからです -
6:30 - 6:32水を加えると
-
6:32 - 6:34この膨潤性のある材料は水を吸収します
-
6:34 - 6:37ポリマーの鎖同士の距離間が広がり
-
6:37 - 6:39素材全体が膨張します
-
6:40 - 6:41ポリマーの鎖はとても細く
-
6:41 - 6:44その間隔は生体分子サイズなので
-
6:44 - 6:46詳しく見られるほど
脳を膨らませることができるでしょう -
6:46 - 6:47詳しく見られるほど
脳を膨らませることができるでしょう -
6:48 - 6:49しかし 問題は
-
6:49 - 6:53脳の生体分子を分離するため
どうやって こんなポリマーの鎖を -
6:53 - 6:55脳内につくれるか
ということです -
6:55 - 6:56それができれば
-
6:56 - 6:59脳地図を作ることが可能となり
-
6:59 - 7:00神経回路が見られるでしょう
-
7:00 - 7:03こうして中をのぞき
分子を見る事ができます -
7:04 - 7:06これを説明するため
アニメーションを作成しました -
7:06 - 7:09この概念図で示すのは
-
7:09 - 7:13生体分子がどのように見えるか
そして それらの分離の様子です -
7:13 - 7:15ステップ１：まず しなくてはならない事は
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7:15 - 7:19茶色で示してある
生体分子全てに -
7:19 - 7:21小さな取っ手をつけます
-
7:21 - 7:24脳の分子を１つずつ
離さなくてはならないので -
7:24 - 7:26それには 小さな取っ手が要ります
-
7:26 - 7:29ポリマーを取っ手と結合させ
-
7:29 - 7:30力を伝えます
-
7:31 - 7:34ただ紙おむつのポリマーを
脳の上に置いたら -
7:34 - 7:36脳の表面に乗っかっているだけです
-
7:37 - 7:39ポリマーを脳内に入れる方法を
考え出す必要があります -
7:39 - 7:41ここがとても幸運なところで
-
7:41 - 7:43モノマーと呼ばれる単量体を
-
7:43 - 7:44これに使えるのです
-
7:44 - 7:46それを脳内に入れて
-
7:46 - 7:48化学反応を引き起こさせ
-
7:48 - 7:51この長いポリマーの鎖を
作る事ができるのです -
7:51 - 7:53脳の組織内 その場でです
-
7:53 - 7:56ポリマーは生体分子の周りや
-
7:56 - 7:57分子間に巻き付き
-
7:57 - 7:59複雑な網を作り
-
7:59 - 8:02最後には分子を
お互いから引き離します -
8:02 - 8:03最後には分子を
お互いから引き離します -
8:03 - 8:06取っ手の１つがあれば
-
8:06 - 8:09ポリマーは取っ手に結合します
まさにこれが必要なことで -
8:09 - 8:12これが分子をお互いから引き離すのです
-
8:12 - 8:14実は ここで重要な事が１つ
-
8:14 - 8:16試料を薬品で処理し
-
8:16 - 8:18分子の繫がりをほぐさなくてはなりません
-
8:18 - 8:21そうすれば水を加えると
-
8:21 - 8:24膨潤性のある素材は
水を吸い始めるのです -
8:24 - 8:26ポリマーの鎖は互いに遠のき始め
-
8:26 - 8:29それと共に生体分子が
お互い遠のき合います -
8:29 - 8:31それは風船に
絵を描くのと似ています -
8:31 - 8:32そのまま風船を膨らませても
-
8:32 - 8:34上に描かれたイメージは同じですが
-
8:34 - 8:36絵のインク分子は
１つ１つ遠のいて行きます -
8:36 - 8:40それと同じ事が３Dでできたのです
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8:40 - 8:42最後に１つの工夫があります
-
8:42 - 8:43ここに見られるように
-
8:43 - 8:45生体分子は全部茶色に
色分けしてあります -
8:45 - 8:47どれもみんな似ているからです
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8:47 - 8:49生体分子は同じ原子からできていますが
-
8:49 - 8:52ただその並び方が違うのです
-
8:52 - 8:53それで最後にあるものが
-
8:53 - 8:55分子を見分ける為に必要です
-
8:55 - 8:56小さな名札です
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8:56 - 8:59光る染料で生体分子を
見分けるようにします -
8:59 - 9:02ある種の生体分子は青で
-
9:02 - 9:04別の種類は赤という風に
-
9:05 - 9:06種類別に色を変えます
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9:06 - 9:07それが最後の段階です
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9:07 - 9:10これで脳の
-
9:10 - 9:11分子を１つ１つ見る事ができます
-
9:12 - 9:14なぜなら分子同士が十分離れているので
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9:14 - 9:16個々の分子を識別できるからです
-
9:16 - 9:20ここでは今まで視認できなかったものを
見えるようにすることが目標です -
9:20 - 9:22小さくはっきりしないしないものを
-
9:22 - 9:23膨らませて
-
9:23 - 9:26生物が持つ情報の集合体が
星座のように見られます -
9:26 - 9:28これがその様子を示す
実際のビデオです -
9:28 - 9:31培養皿に小さな脳が・・・
-
9:31 - 9:32脳の一部が少しあります
-
9:32 - 9:34ポリマーが注入されています
-
9:34 - 9:35これに水を加えます
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9:35 - 9:37皆様の目の前で起こるのは・・・
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9:37 - 9:40このビデオは60倍に
圧縮されています -
9:40 - 9:43この小さな脳組織が大きくなります
-
9:43 - 9:46百倍あるいはそれ以上の大きさにもなり得ます
-
9:46 - 9:49これが巧くできているのは
ポリマーがとても小さいので -
9:49 - 9:51生体分子を等間隔に
分離させている事です -
9:51 - 9:53スムーズな膨張です
-
9:53 - 9:56情報の配置関係は失われてはいません
-
9:56 - 9:58ただ見やすくしているだけです
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9:59 - 10:02これで実際の脳の神経回路を
見る事ができます -
10:02 - 10:05例えば ここに記憶を司る
脳の部分があります -
10:05 - 10:06ここにズームインして
-
10:06 - 10:09神経回路がどのように配線されているか
見る事ができます -
10:09 - 10:12恐らく将来は記憶を
読み取れるようになるかも -
10:12 - 10:13神経回路がどのようになって
-
10:13 - 10:15感情を生み出しているのか
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10:15 - 10:18神経回路の繫がりがどうなって
ヒトとしての我々を作っているのか -
10:18 - 10:20見られるようになるかも知れません
-
10:20 - 10:22もちろん うまく行けば
的確に -
10:22 - 10:26脳内の実際の問題箇所を
分子レベルで突き止められるので -
10:26 - 10:28脳内の細胞を実際に見て
-
10:28 - 10:33「この17個の分子が脳組織に変化を起こして
てんかんの原因となっているんだ」 -
10:33 - 10:35とか
-
10:35 - 10:36パーキンソン病における推移を見られ
-
10:37 - 10:39または修復できるとしたらすごいですね
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10:39 - 10:41悪い箇所の系統立ったリストが手に入るなら
-
10:41 - 10:43それが治療の標的となり
-
10:43 - 10:45そこに結合する薬が作られます
-
10:45 - 10:48脳の特定箇所に
集中的にエネルギー照射をして -
10:48 - 10:50パーキンソン病やてんかんの患者や
-
10:50 - 10:53その他の脳疾患を持つ
世界中の十億以上の人々を -
10:53 - 10:54助けられるかも知れません
-
10:55 - 10:57面白いことが今起きています
-
10:57 - 11:01医学において生体分子を
拡大して観察できることが -
11:01 - 11:03助けとなる他の問題があるのです
-
11:03 - 11:06これは乳がん患者の生検材料です
-
11:07 - 11:09このように癌や
-
11:09 - 11:10免疫組織など
-
11:10 - 11:13また加齢や成長過程を見ると
-
11:13 - 11:17これらは全て
生物学的システム全体が関与していますが -
11:17 - 11:21もちろん それらの問題は
人体が機能する為の細胞や臓器を作る -
11:21 - 11:25ナノスケールの分子から始まっています
-
11:25 - 11:28そこで今 我々は
-
11:28 - 11:31様々な病気に広く使えないかと
このテクノロジーを使い -
11:31 - 11:34生命の構成単位の地図作りに
取り組んでいます -
11:34 - 11:37癌に起きる分子の変化を
ピンポイントで見つけ -
11:37 - 11:38巧い方法でそれを捉えて
-
11:38 - 11:42ちょうどその箇所に薬を運び
除きたい細胞だけをとり除けないか？ -
11:42 - 11:44ご存知のように薬の多くには
危険を伴い -
11:44 - 11:47時には当てずっぽうで投与されます
-
11:47 - 11:51私の希望は月に行くかのような
危険性の高い無謀な治療を -
11:51 - 11:52もっと確かなものにすることです
-
11:52 - 11:54もっとも実際にあった月旅行は
-
11:54 - 11:56月に着陸したので
-
11:56 - 11:58堅固な科学に基づいていました
-
11:58 - 11:59重力や
-
11:59 - 12:01空気力学の理解に基づき
-
12:01 - 12:02宇宙船は作られました
-
12:02 - 12:05リスクが科学的にコントロールされた
-
12:05 - 12:07それは それは偉大なる
技術の集結でしたが -
12:07 - 12:10医療では そんな法則が
必ずしもあるとは言えません -
12:10 - 12:13医療に重力や空気力学のような
-
12:13 - 12:16そんな法則がありますか？
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12:16 - 12:17今日私が話しているような
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12:17 - 12:19テクノロジーを使いそんな法則を
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12:19 - 12:21導き出せるかもしれません
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12:21 - 12:24生体のシステム内で
起きているパターンの地図を作り -
12:24 - 12:28我々を悩ます病気を克服する方法を
見つけられます -
12:29 - 12:32私と妻には幼い二人の子供たちがいます
-
12:32 - 12:35生物工学者として私は
子供たちのために今より良い未来をと -
12:35 - 12:37願っています
-
12:37 - 12:40そして生物学と医療を
-
12:40 - 12:45偶然と運にだけに頼る
危険性の高い試みから -
12:45 - 12:49日々精進して技能を磨き
可能なものにできるならば -
12:49 - 12:51それは 大きな進歩となるでしょう
-
12:51 - 12:52ありがとうございました
-
12:52 - 12:56（拍手）
- Title:
- 脳の見えない秘密を調べる新しい方法
- Speaker:
- エド・ボイデン
- Description:
-
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神経工学者のエド・ボイデンは、私達の脳の小さな生体分子がどのように感情、思考、感覚を生み出すのか知ろうとしています。また、てんかんやアルツハイマー病のような脳の疾患を引き起こす生体分子の変化を突き止めたいとも願っています。「見えない構造を顕微鏡で拡大するより、脳組織を物理的に拡大したら見やすくなるのでは？」と彼は考えました。紙おむつの吸収材に使われるポリマーが、なぜ私達の脳をもっと良く理解する為のカギとなり得るのか、知りたいと思いませんか。
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:15
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Natsuhiko Mizutani edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Natsuhiko Mizutani edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Natsuhiko Mizutani approved Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Natsuhiko Mizutani edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Masaki Yanagishita accepted Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Masaki Yanagishita edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Masaki Yanagishita edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain | |
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Reiko Bovee edited Japanese subtitles for Baby diapers inspired this new way to study the brain |