021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

یک موش. یک پرتوی لیزر. یک خاطره ی دستکاری شده.

Steve Ramirez, Xu Liu

A mouse. A laser beam. A manipulated memory.

Can we edit the content of our memories? It's a sci-fi-tinged question that Steve Ramirez and Xu Liu are asking in their lab at MIT. Essentially, the pair shoot a laser beam into the brain of a living mouse to activate and manipulate its memory. In this unexpectedly amusing talk they share not only how, but -- more important -- why they do this.


تگ های مرتبط :

TEDx, Animals, Memory
استیو رَمیرِز: در اولین سال دبیرستانم، یک روز در اتاقم نشسته بودم، دائم بستنی می خوردم، سریال های مزخرف تلویزیون را می دیدم و شاید، شاید به آهنگ های تیلور سوییفت گوش می کردم. چون به تازگی یک شکست احساسی خورده بودم. (خنده ی حاضرین) بنابراین برای مدت زیادی، تمام تلاشم این شده بود که بتوانم خاطره ی آن فرد را دوباره و دوباره برای خودم تکرار کنم، تا شاید از آن حس مزخرفی که داشتم راحت شوم. تا شاید از آن حس مزخرفی که داشتم راحت شوم. اما، همان طور که احتمالاً حدس می زنید، من یک متخصص اعصاب هستم، و بنابراین می دانستم که خاطره ی آن فرد
و زمزمه های احساسی و ویران کننده ای که آن خاطره، آن ها را با خود می آورد، تا حد زیادی به واسطه ی سیستم های مختلف مغزی ایجاد می شوند. و من با خودم فکر کردم، کاش می توانستیم داخل مغز برویم و آن حس تهوع آور را حذف کنیم بدون این که به خاطره ای که از آن فرد داریم آسیبی وارد کنیم. بعد با خودم گفتم، شاید این ایده برای دوره ی ما زیادی بلندپروازانه باشد. اما در عوض شاید بتوانیم با رفتن داخل مغز، و تنها پیدا کردن یک خاطره شروع کنیم. آیا می توانیم آن خاطره را دوباره زنده کنیم، یا شاید حتی بعضی از جزئیات آن خاطره را تغییر دهیم؟ با تمام این اوصاف، در حال حاضر یک نفر در تمام دنیا وجود دارد که واقعاً امیدوارم این سخنرانی را نبیند.
(خنده ی حاضرین) اما مشکلی وجود دارد. یک مشکل. این ایده ها احتمالاً شما را یاد فیلم "یادآوری کامل" (Total Recall) "طلوع ابدی ذهن بی نقص" (Eternal Sunshine of the Spotless Mind) یا "الهام" (Inception) بیندازند. اما ستاره های سینمایی که ما با آن ها کار می کنیم در آزمایشگاه مشهور هستند. شو لیو: موش های آزمایشگاهی. (خنده ی حاضرین) به عنوان متخصصین اعصاب، ما در آزمایشگاه با موش ها کار می کنیم، تا بفهمیم نحوه ی عملکرد یک خاطره چگونه است. و امروز، ما امیدواریم بتوانیم شما را متقاعد کنیم که امروزه می توانیم یک خاطره ی مشخص در ذهن را
با سرعت نور احیا کنیم. برای انجام این کار، تنها دو مرحله ی ساده برای انجام دادن دارید. اول از همه، خاطره را در مغز پیدا و مشخص کنید، و سپس آن را فعال کنید. به همین سادگی. (خنده ی حاضرین) استیو: آیا متقاعد شدید؟ خب، ما فهمیدیم که پیدا کردن یک خاطره ی مشخص در مغز به این سادگی ها هم نیست. شو: البته که نیست. انجام این کار حتی از پیدا کردن یک سوزن درون انبار کاه هم سخت تر بود، زیرا حداقل، شما می دانید، سوزن چیزی است که به صورت فیزیکی می توانید آن را با انگشتانتان بگیرید. اما یک خاطره این گونه نیست.
و علاوه بر آن، تعداد سلول های درون مغز شما، به مراتب از تعداد رشته های کاه درون یک انبار کاه معمولی بیشتر است. بنابراین، این کار کمی دل و جرأت می خواهد. اما خوشبختانه، ما از خود مغز هم کمک می گیریم. بعداً فهمیدیم اساساً تمام کاری که نیاز داریم انجام بدهیم، این است که بگذاریم مغز یک خاطره را ثبت کند، و بعد مغز به ما خواهد گفت که کدام یک از سلول ها در آن خاطره ی مشخص دخیل بوده اند. استیو: اما وقتی خاطره ی عشق قبلیم در ذهنم مرور می شد، چه اتفاقی در مغز من می افتاد؟ اگر شما مجبور باشید برای یک لحظه تمامی اصول اخلاقی و انسانی را کنار بگذارید و همین الآن مغز من را تکه تکه کنید،
خواهید دید که مناطق بی شماری در مغز من وجود دارند که با به یاد آوردن آن خاطره فعال می شوند. اما به طور معمول یک منطقه ی مغزی به طور جدی فعال خواهد شد که هیپوکامپوس نامیده می شود، و به مدت ده ها سال به عنوان بخشی تلقی می شد که خاطراتی را که برای ما عزیز هستند حفظ می کنند، که دانستن این موضوع باعث می شد این بخش از مغز، هدفی ایده آل برای بررسی و تلاش برای پیدا کردن یک خاطره در آن و شاید باز-فعال سازی آن باشد. شو: اگر هیپوکامپوس را با دقت بررسی کنید، مطمئناً سلول های بی شماری را می بینید، ولی ما می توانیم بفهمیم کدام یک از سلول ها، در جریان یک خاطره ی به خصوص فعال می شوند،
زیرا هر گاه سلولی فعال می شود، مثلاً وقتی که یک خاطره را ثبت می کند، اثری باقی می گذارد که بعداً به ما اجازه می دهد که بفهمیم، این سلول ها پیش از این فعال بوده اند. استیو: بنابراین همان طور که از روی چراغ ساختمان ها در شب می توانید بفهمید که در آن زمان مشخص شاید یک نفر دارد در آن جا کار می کند، در واقعیت، سنسور های بیولوژیکی درون سلول ها وجود دارند، در واقعیت، سنسور های بیولوژیکی درون سلول ها وجود دارند، که هر گاه سلول فعالیت می کند روشن می شود. آن ها نوعی پنجره ی بیولوژیکی هستند که روشن می شوند تا ما بفهمیم که آن سلول به تازگی فعال شده است. شو: بنابراین ما بخشی از این سنسور را بریدیم،
و آن را به یک کلید متصل کردیم تا سلول ها را کنترل کنیم، و این کلید را در یک ویروس مهندسی شده قرار دادیم و آن ویروس را درون مغز یک موش تزریق کردیم. بنابراین هر وقت یک خاطره ثبت می شود، تمام سلول های فعال مربوط به آن خاطره این کلید را بر روی خود نصب می کنند. استیو: به طور مثال، هیپوکامپوس بعد از ثبت یک خاطره ی ترسناک، تقریباً این شکلی است. استیو: به طور مثال، هیپوکامپوس بعد از ثبت یک خاطره ی ترسناک، تقریباً این شکلی است. قسمت آبی که در این جا می بینید، مجموعه ی فشرده ی سلول های مغزی است، اما سلول های سبز رنگ مغز، وظیفه ی ثبت یک خاطره ی ترسناک به خصوص را بر عهده دارند.
وظیفه ی ثبت یک خاطره ی ترسناک به خصوص را بر عهده دارند. بنابراین شما دارید به یک آن از تشکیل آرایش ترس نگاه می کنید. بنابراین شما دارید به یک آن از تشکیل آرایش ترس نگاه می کنید. شما دارید به شمای نیمرخ یک خاطره نگاه می کنید. شو: الآن، برای کلیدی که درباره اش صحبت کرده بودیم، بطور ایده آل، این کلید باید با سرعت تمام واکنش نشان دهد. سرعت واکنش آن نباید چند دقیقه یا چند ساعت باشد. این کلید باید با سرعت مغز، یعنی چند میلی ثانیه واکنش نشان دهد. استیو: شو، نظرت چیست؟ آیا ما می توانیم، به طور مثال، از دارو های متداول استفاده کنیم، تا سلول های مغز خودمان را فعال یا غیر فعال کنیم؟ شو: نه. دارو ها خیلی نامتمرکز عمل می کنند. آن ها همه جای بدن پخش می شوند.
و وقت زیادی می خواهد تا آن ها روی سلول ها عمل کنند. پس با دارو ها نمی توانیم یک خاطره را بلافاصله کنترل کنیم. خب استیو، نظرت در مورد پاک کردن مغز به کمک الکتریسیته چیه؟ استیو: الکتریسیته خیلی سریعه، ولی احتمالاً ما ثادر نخواهیم بود تا به وسیله ی آن، فقط سلول های مشخصی که یک خاطره را نگه می دارند را هدف بگیریم، و این احتمال هم وجود داشت که مغز را بسوزانیم. شو: اوه. درسته. پس باید، ممم ... راه بهتری پیدا می کردیم تا بتوانیم مغز را با سرعت نور تحت تأثیر قرار دهیم. استیو: ما به این نتیجه رسیدیم که تنها نور است که با سرعت نور حرکت می کند. بنابراین شاید ما بتوانیم خاطره ها را به وسیله ی نور،
فعال یا غیر فعال کنیم -- شو: نور خیلی سریع است. استیو: -- و چون سلول های مغزی به طور معمول به پالس های نوری واکنش نشان نمی دهند، بنابراین آن سلول هایی که به پالس های نوری واکنش نشان می دهند آن هایی هستند که کلید حساس به نور دارند. اما برای این کار، ابتدا ما باید سلول های مغزی را گول بزنیم، تا به پرتو های لیزر واکنش نشان بدهند. شو: دقیقاً. درست شنیدید. ما تلاش می کنیم به مغز پرتو های لیزر شلیک کنیم. (خنده ی حاضرین) استیو: و تکنیکی که به ما اجازه می دهد که این کار را انجام بدهیم، آپتوژنتیک است (تأثیر نور بر روی ژن ها). به کمک آپتوژنتیک ما می توانیم این کلید های حساس به نور را بسازیم،
که به کمک آن ها می توانیم سلول های مغزی را خاموش یا روشن کنیم، و نام آن کلید چنلرودوپسین است، و در این جا به شکل دانه های سبز چسبیده به این سلول مغزی دیده می شوند. شما می توانید چنلرودوپسین را به صورت یک کلید حساس به نور تصور کنید، که می تواند به صورت مصنوعی بر روی سلول های مغزی نصب شود، و ما می توانیم خیلی ساده با کلیک کردن بر روی آن کلید، برای فعال یا غیرفعال کردن سلول مغزی استفاده کنیم، و در این مورد خاص با پالس های نوری آن را فعال می کنیم. ژو: پس ما این کلید حساس به نور چنلرودوپسین را به سنسوری که درباره اش صحبت کردیم وصل کردیم و آن را به مغز تزریق کردیم. بنابراین هر وقت یک خاطره ثبت می شود،
تمام سلول های فعال مربوط به آن خاطره ی مشخص این کلید های حساس به نور را نیز به درون خود می برند و از این طریق ما می توانیم این سلول ها را همان طور که می بینید، با تابش آنی پرتوی لیزر کنترل کنیم. استیو: اجازه بدهید آزمایشی با تمام این اوصاف انجام بدهیم. کاری که می توانیم انجام بدهیم این است که موش هایمان را درون یک جعبه دقیقاً مثل این جعبه قرار دهیم، و بعد می توانیم به آن ها یک شوک بسیار خفیف بدهیم تا آن ها خاطره ی ترسناکی را درون این جعبه ثبت کنند. آن ها می آموزند که اتفاق بدی این جا افتاده است. حالا با سیستم خودمان، تنها سلول هایی که در بخش هیپوکامپوس در ثبت این خاطره فعال بوده اند،
حاوی چنلرودوپسین خواهند بود. شو: اگر شما یک موش کوچک باشید، فکر می کنید تمام دنیا سعی می کنند شما را بگیرند. بنابراین بهترین واکنش دفاعی شما، تلاش برای دیده نشدن است. وقتی که یک موش می ترسد، یک رفتار کاملاً متداول انجام می دهد: در یک گوشه ی جعبه می ماند، و سعی می کند که هیچ کدام از اعضای بدنش را تکان ندهد، و ما به این حالت انجماد می گوییم. بنابراین اگر یک موش خاطره ی بدی را درون این جعبه به یاد بیاورد، وقتی که او را دوباره در جعبه ی مشابهی قرار دهیم، او به طور خیلی ساده در حالت انجماد قرار خواهد گرفت،
زیرا او نمی خواهد توسط هیچ خطر احتمالی درون آن جعبه دیده شود. زیرا او نمی خواهد توسط هیچ خطر احتمالی درون آن جعبه دیده شود. استیو: برای درک حالت انجماد، تصور کنید دارید در خیابان راه می روید، و به کار های خودتان فکر می کنید، و ناگهان دوست دختر یا دوست پسر سابق خود را می بینید. و ناگهان دوست دختر یا دوست پسر سابق خود را می بینید. و اما آن دو ثانیه ی ترسناک، زمانی است که شما با خود فکر می کنید، "چه کار کنم؟ سلام کنم؟ با او دست بدهم؟ برگردم و فرار کنم؟ همین جا بنشینم و وانمود کنم وجود ندارم؟" و از این گونه افکار ناگهانی که بدن شما را بی حرکت می کند، و باعث می شود قیافه ی وحشت زده ای پیدا کنید.
شو: اگرچه، اگر آن موش را درون جعبه ی کاملاً متفاوتی قرار دهید، مثل این جعبه ی بعدی، او از این جعبه نخواهد ترسید، زیرا هیچ دلیلی وجود ندارد که او از این محیط جدید بترسد. اما اگر ما موش را در این جعبه ی جدید قرار دهیم ولی هم زمان، خاطره ی ترس را به وسیله ی لیزر هایی که پیش از این با آن ها کار کردیم فعال کنیم، چه اتفاقی می افتد؟ آیا ما خاطره ی ترس اولین جعبه را به این محیط کاملاً جدید خواهیم آورد؟ آیا ما خاطره ی ترس اولین جعبه را به این محیط کاملاً جدید خواهیم آورد؟ استیو: خیلی خب، و این آزمایش میلیون دلاری ما است. اما برای برگشتن به خاطره ی آن روز، یادم می آید که تیم بیسبال "رد ساکس" تازه برده بود،
یک روز سبز بهاری بود، و جان می داد برای گشتن اطراف رودخانه و شاید بعد رفتن به شمال شهر، برای خوردن کمی رولت خامه ای، و گذاشتن استاتوس در فیس بوک و توییتر. اما شو و من، از طرف دیگر، در یک اتاق سیاه بدون پنجره بودیم و حتی چشممان را آن قدر حرکت نمی دادیم که منجر به پلک زدن شود، زیرا چشم های ما روی صفحه ی کامپیوتر خیره مانده بود. ما به این موش در این جا که تلاش می کرد یک خاطره را برای اولین بار با استفاده از تکنولوژی ما احیا کند خیره شده بودیم. شو: و این چیزی بود که ما دیدیم. وقتی برای اولین بار ما موش را درون ای جعبه قرار دادیم،
او دور جعبه می گشت، اطراف را بو می کرد و قدم می زد، و به محیط اطرافش فکر می کرد، زیرا به طور ذاتی، موش ها موجودات خیلی کنجکاوی هستند. آن ها می خواهند بدانند، درون این جعبه ی جدید چه خبر است؟ برایشان جالب است. ولی وقتی ما لیزر را روشن کردیم، همان طور که می بینید، ناگهان موش وارد حالت انجماد شد. او آن جا ماند و سعی نکرد هیچ کدام از اعضای بدنش را حرکت دهد. او به طور واضح منجمد شده است. و البته، به نظر می رسد ما می توانیم خاطره ی ترس جعبه ی اول را نسبت به این محیط کاملاً جدید به او القا کنیم.
وقتی این را دیدیم، استیو و من به اندازه ی خود آن موش متعجب بودیم. (خنده ی حاضرین) بنابراین پس از آزمایش، هر دوی ما اتاق را ترک کردیم بدون این که چیزی بگوییم. بعد از مدتی طولانی و سخت، استیو سکوت را شکست. استیو: "آیا این ایده واقعاً کار کرد؟" شو: گفتم، "بله، البته که کار کرد!" ما واقعاً در مورد آن هیجان زده بودیم. و سپس ما یافته هایمان را در مجله ی "طبیعت" (Nature) چاپ کردیم. حتی بعد از چاپ کارمان، ما نظرات بی شماری را از سر تا سر اینترنت دریافت کردیم.
ما نظرات بی شماری را از سر تا سر اینترنت دریافت کردیم. شاید ما بتوانیم نگاهی به بعضی از آن ها بیندازیم. ["اوه خدای من.... پس به زودی باید انتظار چیز های بیشتری را داشت، حقیقت مجازی، کنترل عصبی، شبیه سازی رؤیای تصویری... کد نویسی عصبی، "نوشتن و بازنویسی خاطرات"، بیماری های ذهنی. واییییییی آینده فوق العاده است !"] استیو: اولین چیزی که شما از واکنش این افراد متوجه خواهید شد این است که آن ها آن ها نسبت به کار ما باوری قوی دارند. من کاملاً با خوش بینی نظر اول موافق هستم، من کاملاً با خوش بینی نظر اول موافق هستم، زیرا تقریباً می توان با اطمینان گفت بعد از صدای مورگان فریمن (بازیگر سینما با صدایی رسا)، دستگاه ما یکی از بهترین سیستم های احیاگر خاطرات است، که تا به حال به دست انسان ساخته شده است.
(خنده ی حاضرین) اما خواهید دید، این تنها نظری نیست که وجود دارد. ["این دستگاه خیلی مرا ترساند ... اگر آن ها بتوانند این کار را به آسانی به مدت چند سال به روی انسان ها انجام دهند چه؟! خدایا ما نابود شدیم"] شو: البته، اگر ما یک لحظه به این قضیه فکر کنیم، به نظرم می توانیم با او کاملاً موافقت کنیم که این، مممم، درست است، اما شاید نه تا این حد. اما این اگرچه به یاد ما می آورد که، اگرچه ما همچنان بر روی موش ها کار می کنیم، اما شاید این کار درستی باشد که در مورد پیامد های اخلاقی کنترل خاطرات اما شاید این کار درستی باشد که در مورد پیامد های اخلاقی کنترل خاطرات به بحث و گفت و گو بنشینیم. استیو: اما، در بطن نظر سوم،
می خواهیم به شما درباره ی پروژه ای به نام پروژه ی به نام پروژه ی الهام (Inception) که اخیراً در آزمایشگاه بر روی آن کار می کنیم، بگوییم. ["آن ها باید فیلمی در این باره بسازند. جایی که آن ها ایده ها را در ذهن مردم می گذارند، تا آن ها بتوانند مردم را برای منافع خودشان کنترل کنند. ما به آن خواهیم گفت: الهام (Inception)"] ما به این فکر افتادیم که که اگر ما در حال حاضر می توانیم یک خاطره را باز-فعال کنیم، اگر ما همین کار را، اما با کمی دستکاری درون آن خاطره انجام دهیم، چه اتفاق می افتد؟ آیا ما می توانیم حتی آن را به یک خاطره ی ساختگی تبدیل کنیم؟ شو: بنابراین یک خاطره به طور کلی پیچیده و پویاست، اما به طور ساده، اجازه بدهید آن را به صورت یک کلیپ ویدئویی تصور کنیم. تا به حال هر چه به شما گفته ایم به طور ساده این بوده است که
ما می توانیم این دکمه ی "پخش" کلیپ ویدئویی را کنترل کنیم بنابراین می توانیم این کلیپ ویدئویی را همه جا و همه وقت پخش کنیم. اما آیا این امکان وجود دارد که ما بتوانیم به داخل مغز برویم و این کلیپ ویدئویی را ویرایش کنیم تا آن را نسبت به کلیپ اصلی تغییر دهیم؟ بله، می توانیم. ما فهمیدیم که کاری که نیاز داریم انجام دهیم این است که مثل قبل با استفاده از لیزر هایمان یک خاطره را باز-فعال سازی کنیم، اما هم زمان، اگر اطلاعات تازه را به آن موجود ارائه دهیم و اجازه بدهیم این اطلاعات جدید در آن خاطره ی قدیمی دخیل شوند، این کار خاطره را تغییر می دهد. این کار مثل درست کردن یک نوار از موسیقی های منتخب است.
استیو: اما چطور این کار را انجام دهیم؟ به جای پیدا کردن یک خاطره ی ترسناک درون مغز، می توانیم حیوانات آزمایشی خود را، به طور مثال درون یک جعبه ی آبی مثل این قرار دهیم و بفهمیم که کدام سلول های مغزی آن جعبه ی آبی را ثبت می کنند و آن ها را تحریک کنیم تا به پالس های نوری پاسخ بدهند دقیقاً همان طور که پیش از این گفته ایم. و اما روز بعد، ما می توانیم حیوانات آزمایشی خودمان را درون جعبه ی قرمزی که هرگز پیش از این ندیده اند قرار دهیم. سپس لیزر را به مغز آن ها بتابانیم تا خاطره ی جعبه ی آبی را دوباره احیا کنیم. اما چه اتفاقی می افتد اگر، وقتی که آن حیوان
خاطره ی جعبه ی آبی را مرور می کند، ما به او چند شوک خفیف بدهیم؟ بنابراین ما این جا تلاش می کنیم تا به طور مصنوعی رابطه ای بین خاطره ی جعبه ی آبی و خود شوک های خفیف برقرار کنیم. ما تنها تلاش می کنیم که به نحوی این دو را به هم متصل سازیم. بنابراین برای این که مطمئن شویم که آیا ما چنین کاری را انجام داده ایم یا نه، می توانیم حیواناتمان را یک بار دیگر به جعبه ی آبی برگردانیم. ما خاطره ی جعبه ی آبی را، هم زمان با دادن چند شوک خفیف به حیوان برای او زنده کرده بودیم، و حالا آن حیوان ناگهان به حالت انجماد می رود. این تقریباً مثل آن است که او به یاد می آورد که پیش از این او در این محیط به طور خفیف دچار شوک شده است
حتی اگر در حقیقت هیچ وقت این اتفاق نیفتاده باشد. بنابراین ما یک خاطره ی ساختگی را ثبت کرده ایم، زیرا او به اشتباه از محیطی می ترسد که به طور تکنیکی، هیچ اتفاق بدی در آن جا نیفتاده است. شو: خب، تا به این جا ما تنها درباره ی فعال کردن این کلید حساس به نور صحبت کرده ایم. شو: خب، تا به این جا ما تنها درباره ی زدن این کلید فعال کننده ی حساس به نور صحبت کرده ایم. در حقیقت، ما یک کلید غیر فعال کننده ی حساس به نور هم داریم، و به راحتی می توان تصور کرد که با نصب این این کلید غیر فعال کننده ی حساس به نور، ما می توانیم همه جا و همه وقت، یک خاطره ی مشخص را غیر فعال کنیم. بنابراین همه ی چیز هایی که امروز راجع به آن ها حرف زده ایم
بر پایه ی این اصل فلسفی از اعصاب شناسی است که ذهن، با تمامی رفتار ها و خواص ظاهراً راز آلودش، در حقیقت از مواد فیزیکی ساخته شده است که ما می توانیم آن ها را دستکاری کنیم. استیو: و خود من به شخصه، جهانی را می بینم که ما در آن می توانیم هر خاطره ای را که می خواهیم فعال کنیم. من جهانی را می بینم که ما می توانیم تمامی خاطرات ناخواسته را در آن حذف کنیم. من حتی جهانی را می بینم که در آن ویرایش کردن خاطرات به حقیقت می پیوندد. زیرا ما در عصری زندگی می کنیم که در آن چیدن پرسش ها از درخت تخیل و فرود آمدن آنها در حقیقت تجربی امکان پذیر است.
شو: امروزه، متخصصین در آزمایشگاه ها و انسان های دیگر در سراسر جهان از روش های مشابهی برای فعال کردن یا ویرایش خاطرات استفاده می کنند، خاطرات قدیمی یا جدید، مثبت یا منفی، و انواع خاطراتی که ما می توانیم به کمک آن ها بفهمیم حافظه چطور کار می کند. استیو: به طور مثال، یک گروه در آزمایشگاه ما توانست سلول های مغزی را پیدا کند که یک خاطره ی ترس مشخص را ایجاد می کنند، و آن ها را به سادگی به یک خاطره ی لذت بخش تبدیل کرد. این دقیقاً مصداق بارز ویرایش این گونه فرایند های ذهنی است. یکی از دوستان ما در آزمایشگاه حتی توانست خاطرات موش های ماده را در ذهن موش های نر یاز-فعال سازی کند،
به طوری که آن ها یک تجربه ی لذت بخش داشتند. شو: به راستی، ما در عصر هیجان انگیزی زندگی می کنیم که دانش هیچ محدودیت سرعت آزاردهنده ای ندارد و تنها محدودیت ما قوه ی تخیل خودمان است. استیو: و نهایتاً، ما از این ایده چه چیزی به دست می آوریم؟ ما چگونه می توانیم این تکنولوژی را پیشرفته تر کنیم؟ این ها پرسش هایی هستند که نباید تنها در آزمایشگاه مطرح شوند، این ها پرسش هایی هستند که نباید تنها در آزمایشگاه مطرح شوند، و تنها هدف سخنرانی امروز رساندن همه به بالا ترین سرعت ممکن با تجهیزات حاضر در اعصاب شناسی نوین بود، رساندن همه به بالا ترین سرعت ممکن با تجهیزات حاضر در اعصاب شناسی نوین بود، اما حالا، با همان اهمیت،
درگیر کردن فعالانه ی همه در این مبحث. پس اجازه بدهید مثل یک تیم با یکدیگر درباره ی مفهوم آن و سطحی که ما توانایی آن را داریم و این تکنولوژی شایستگی آن را دارد فکر کنیم، زیرا شو و من معتقدیم همگی ما تصمیمات بسیار بزرگی را پیش رو داریم. متشکرم. شو: متشکرم. (
Steve Ramirez: My first year of grad school, I found myself in my bedroom eating lots of Ben & Jerry's watching some trashy TV and maybe, maybe listening to Taylor Swift. I had just gone through a breakup. (Laughter) So for the longest time, all I would do is recall the memory of this person over and over again, wishing that I could get rid of that gut-wrenching, visceral "blah" feeling. Now, as it turns out, I'm a neuroscientist, so I knew that the memory of that person
and the awful, emotional undertones that color in that memory, are largely mediated by separate brain systems. And so I thought, what if we could go into the brain and edit out that nauseating feeling but while keeping the memory of that person intact? Then I realized, maybe that's a little bit lofty for now. So what if we could start off by going into the brain and just finding a single memory to begin with? Could we jump-start that memory back to life, maybe even play with the contents of that memory? All that said, there is one person in the entire world right now that I really hope is not watching this talk.
(Laughter) So there is a catch. There is a catch. These ideas probably remind you of "Total Recall," "Eternal Sunshine of the Spotless Mind," or of "Inception." But the movie stars that we work with are the celebrities of the lab. Xu Liu: Test mice. (Laughter) As neuroscientists, we work in the lab with mice trying to understand how memory works. And today, we hope to convince you that now we are actually able to activate a memory in the brain at the speed of light.
To do this, there's only two simple steps to follow. First, you find and label a memory in the brain, and then you activate it with a switch. As simple as that. (Laughter) SR: Are you convinced? So, turns out finding a memory in the brain isn't all that easy. XL: Indeed. This is way more difficult than, let's say, finding a needle in a haystack, because at least, you know, the needle is still something you can physically put your fingers on. But memory is not. And also, there's way more cells in your brain
than the number of straws in a typical haystack. So yeah, this task does seem to be daunting. But luckily, we got help from the brain itself. It turned out that all we need to do is basically to let the brain form a memory, and then the brain will tell us which cells are involved in that particular memory. SR: So what was going on in my brain while I was recalling the memory of an ex? If you were to just completely ignore human ethics for a second and slice up my brain right now, you would see that there was an amazing number
of brain regions that were active while recalling that memory. Now one brain region that would be robustly active in particular is called the hippocampus, which for decades has been implicated in processing the kinds of memories that we hold near and dear, which also makes it an ideal target to go into and to try and find and maybe reactivate a memory. XL: When you zoom in into the hippocampus, of course you will see lots of cells, but we are able to find which cells are involved in a particular memory, because whenever a cell is active,
like when it's forming a memory, it will also leave a footprint that will later allow us to know these cells are recently active. SR: So the same way that building lights at night let you know that somebody's probably working there at any given moment, in a very real sense, there are biological sensors within a cell that are turned on only when that cell was just working. They're sort of biological windows that light up to let us know that that cell was just active. XL: So we clipped part of this sensor, and attached that to a switch to control the cells,
and we packed this switch into an engineered virus and injected that into the brain of the mice. So whenever a memory is being formed, any active cells for that memory will also have this switch installed. SR: So here is what the hippocampus looks like after forming a fear memory, for example. The sea of blue that you see here are densely packed brain cells, but the green brain cells, the green brain cells are the ones that are holding on to a specific fear memory. So you are looking at the crystallization
of the fleeting formation of fear. You're actually looking at the cross-section of a memory right now. XL: Now, for the switch we have been talking about, ideally, the switch has to act really fast. It shouldn't take minutes or hours to work. It should act at the speed of the brain, in milliseconds. SR: So what do you think, Xu? Could we use, let's say, pharmacological drugs to activate or inactivate brain cells? XL: Nah. Drugs are pretty messy. They spread everywhere. And also it takes them forever to act on cells. So it will not allow us to control a memory in real time.
So Steve, how about let's zap the brain with electricity? SR: So electricity is pretty fast, but we probably wouldn't be able to target it to just the specific cells that hold onto a memory, and we'd probably fry the brain. XL: Oh. That's true. So it looks like, hmm, indeed we need to find a better way to impact the brain at the speed of light. SR: So it just so happens that light travels at the speed of light. So maybe we could activate or inactive memories by just using light -- XL: That's pretty fast. SR: -- and because normally brain cells
don't respond to pulses of light, so those that would respond to pulses of light are those that contain a light-sensitive switch. Now to do that, first we need to trick brain cells to respond to laser beams. XL: Yep. You heard it right. We are trying to shoot lasers into the brain. (Laughter) SR: And the technique that lets us do that is optogenetics. Optogenetics gave us this light switch that we can use to turn brain cells on or off, and the name of that switch is channelrhodopsin, seen here as these green dots attached to this brain cell.
You can think of channelrhodopsin as a sort of light-sensitive switch that can be artificially installed in brain cells so that now we can use that switch to activate or inactivate the brain cell simply by clicking it, and in this case we click it on with pulses of light. XL: So we attach this light-sensitive switch of channelrhodopsin to the sensor we've been talking about and inject this into the brain. So whenever a memory is being formed, any active cell for that particular memory will also have this light-sensitive switch installed in it so that we can control these cells
by the flipping of a laser just like this one you see. SR: So let's put all of this to the test now. What we can do is we can take our mice and then we can put them in a box that looks exactly like this box here, and then we can give them a very mild foot shock so that they form a fear memory of this box. They learn that something bad happened here. Now with our system, the cells that are active in the hippocampus in the making of this memory, only those cells will now contain channelrhodopsin. XL: When you are as small as a mouse, it feels as if the whole world is trying to get you.
So your best response of defense is trying to be undetected. Whenever a mouse is in fear, it will show this very typical behavior by staying at one corner of the box, trying to not move any part of its body, and this posture is called freezing. So if a mouse remembers that something bad happened in this box, and when we put them back into the same box, it will basically show freezing because it doesn't want to be detected by any potential threats in this box. SR: So you can think of freezing as,
you're walking down the street minding your own business, and then out of nowhere you almost run into an ex-girlfriend or ex-boyfriend, and now those terrifying two seconds where you start thinking, "What do I do? Do I say hi? Do I shake their hand? Do I turn around and run away? Do I sit here and pretend like I don't exist?" Those kinds of fleeting thoughts that physically incapacitate you, that temporarily give you that deer-in-headlights look. XL: However, if you put the mouse in a completely different new box, like the next one, it will not be afraid of this box
because there's no reason that it will be afraid of this new environment. But what if we put the mouse in this new box but at the same time, we activate the fear memory using lasers just like we did before? Are we going to bring back the fear memory for the first box into this completely new environment? SR: All right, and here's the million-dollar experiment. Now to bring back to life the memory of that day, I remember that the Red Sox had just won, it was a green spring day, perfect for going up and down the river and then maybe going to the North End
to get some cannolis, #justsaying. Now Xu and I, on the other hand, were in a completely windowless black room not making any ocular movement that even remotely resembles an eye blink because our eyes were fixed onto a computer screen. We were looking at this mouse here trying to activate a memory for the first time using our technique. XL: And this is what we saw. When we first put the mouse into this box, it's exploring, sniffing around, walking around, minding its own business, because actually by nature, mice are pretty curious animals.
They want to know, what's going on in this new box? It's interesting. But the moment we turned on the laser, like you see now, all of a sudden the mouse entered this freezing mode. It stayed here and tried not to move any part of its body. Clearly it's freezing. So indeed, it looks like we are able to bring back the fear memory for the first box in this completely new environment. While watching this, Steve and I are as shocked as the mouse itself. (Laughter) So after the experiment, the two of us just left the room
without saying anything. After a kind of long, awkward period of time, Steve broke the silence. SR: "Did that just work?" XL: "Yes," I said. "Indeed it worked!" We're really excited about this. And then we published our findings in the journal Nature. Ever since the publication of our work, we've been receiving numerous comments from all over the Internet. Maybe we can take a look at some of those. ["OMGGGGG FINALLY... so much more to come, virtual reality, neural manipulation, visual dream emulation... neural coding, 'writing and re-writing of memories', mental illnesses. Ahhh the future is awesome"]
SR: So the first thing that you'll notice is that people have really strong opinions about this kind of work. Now I happen to completely agree with the optimism of this first quote, because on a scale of zero to Morgan Freeman's voice, it happens to be one of the most evocative accolades that I've heard come our way. (Laughter) But as you'll see, it's not the only opinion that's out there. ["This scares the hell out of me... What if they could do that easily in humans in a couple of years?! OH MY GOD WE'RE DOOMED"] XL: Indeed, if we take a look at the second one, I think we can all agree that it's, meh,
probably not as positive. But this also reminds us that, although we are still working with mice, it's probably a good idea to start thinking and discussing about the possible ethical ramifications of memory control. SR: Now, in the spirit of the third quote, we want to tell you about a recent project that we've been working on in lab that we've called Project Inception. ["They should make a movie about this. Where they plant ideas into peoples minds, so they can control them for their own personal gain. We'll call it: Inception."] So we reasoned that now that we can reactivate a memory, what if we do so but then begin to tinker with that memory?
Could we possibly even turn it into a false memory? XL: So all memory is sophisticated and dynamic, but if just for simplicity, let's imagine memory as a movie clip. So far what we've told you is basically we can control this "play" button of the clip so that we can play this video clip any time, anywhere. But is there a possibility that we can actually get inside the brain and edit this movie clip so that we can make it different from the original? Yes we can. Turned out that all we need to do is basically reactivate a memory using lasers just like we did before,
but at the same time, if we present new information and allow this new information to incorporate into this old memory, this will change the memory. It's sort of like making a remix tape. SR: So how do we do this? Rather than finding a fear memory in the brain, we can start by taking our animals, and let's say we put them in a blue box like this blue box here and we find the brain cells that represent that blue box and we trick them to respond to pulses of light exactly like we had said before. Now the next day, we can take our animals and place them
in a red box that they've never experienced before. We can shoot light into the brain to reactivate the memory of the blue box. So what would happen here if, while the animal is recalling the memory of the blue box, we gave it a couple of mild foot shocks? So here we're trying to artificially make an association between the memory of the blue box and the foot shocks themselves. We're just trying to connect the two. So to test if we had done so, we can take our animals once again and place them back in the blue box.
Again, we had just reactivated the memory of the blue box while the animal got a couple of mild foot shocks, and now the animal suddenly freezes. It's as though it's recalling being mildly shocked in this environment even though that never actually happened. So it formed a false memory, because it's falsely fearing an environment where, technically speaking, nothing bad actually happened to it. XL: So, so far we are only talking about this light-controlled "on" switch. In fact, we also have a light-controlled "off" switch,
and it's very easy to imagine that by installing this light-controlled "off" switch, we can also turn off a memory, any time, anywhere. So everything we've been talking about today is based on this philosophically charged principle of neuroscience that the mind, with its seemingly mysterious properties, is actually made of physical stuff that we can tinker with. SR: And for me personally, I see a world where we can reactivate any kind of memory that we'd like. I also see a world where we can erase unwanted memories. Now, I even see a world where editing memories
is something of a reality, because we're living in a time where it's possible to pluck questions from the tree of science fiction and to ground them in experimental reality. XL: Nowadays, people in the lab and people in other groups all over the world are using similar methods to activate or edit memories, whether that's old or new, positive or negative, all sorts of memories so that we can understand how memory works. SR: For example, one group in our lab was able to find the brain cells that make up a fear memory
and converted them into a pleasurable memory, just like that. That's exactly what I mean about editing these kinds of processes. Now one dude in lab was even able to reactivate memories of female mice in male mice, which rumor has it is a pleasurable experience. XL: Indeed, we are living in a very exciting moment where science doesn't have any arbitrary speed limits but is only bound by our own imagination. SR: And finally, what do we make of all this? How do we push this technology forward? These are the questions that should not remain just inside the lab,
and so one goal of today's talk was to bring everybody up to speed with the kind of stuff that's possible in modern neuroscience, but now, just as importantly, to actively engage everybody in this conversation. So let's think together as a team about what this all means and where we can and should go from here, because Xu and I think we all have some really big decisions ahead of us. Thank you. XL: Thank you. (Applause)