Στις τηλεοπτικές παρατηρήσεις του Ανατολικού Αίθουσας του Λευκού Οίκου στις 2 Απριλίου 2013, ο Πρόεδρος Obama αποκάλυψε μια επιστημονική αποστολή τόσο μεγάλη όσο το πρόγραμμα Apollo. Ο στόχος δεν ήταν ο εξωτερικός χώρος, αλλά ένα σύνορο κάθε κομμάτι σαν μαγικός: ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Ο Ομπάμα αμφισβήτησε τους «πιο φανταστικούς και αποτελεσματικούς ερευνητές» του έθνους για να χαρτογραφήσει σε πραγματικό χρόνο τα τρεμοπαίζει όλων των 100 δισεκατομμυρίων νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο ενός ζωντανού ατόμου, ένα ταξίδι βαθιά μέσα στον νευρικό σύμπαν δεν προσπάθησε ποτέ σε τόσο λεπτή κλίμακα. Μια πανοραμική θέα των ηλεκτρικών παλμών που περικλείουν τον εγκέφαλο θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικές νέες αντιλήψεις για το πώς σκεφτόμαστε, να θυμόμαστε και να μαθαίνουμε και πώς οι κακοήθειες από τον αυτισμό στην Αλτσχάιμερ επαναλαμβάνουν το νοητικό μας κύκλωμα. «Έχουμε την ευκαιρία να βελτιώσουμε τη ζωή όχι μόνο εκατομμυρίων», δήλωσε ο πρόεδρος, «αλλά δισεκατομμύρια ανθρώπων σε αυτόν τον πλανήτη».
Από αυτή την ιστορία
Το μέλλον του εγκεφάλου
Αγοράσχετικό περιεχόμενο
- Τα κύματα των κραδασμών μπορούν να δημιουργήσουν επικίνδυνες φυσαλίδες στον εγκέφαλο
- Η σύνδεση πολλαπλών μυαλών θα μπορούσε να βοηθήσει τα κατεστραμμένα εγκέφαλα να επουλωθούν
Τον επόμενο μήνα, έξι μίλια από τον Λευκό Οίκο, ένας καθηγητής του Χάρβαρντ, Florian Engert, άρπαξε ένα μικρόφωνο και, μπροστά από τους κορυφαίους νευροεπιστήμονες του έθνους, δήλωσε την προσπάθεια του Ομπάμα ουσιαστικά μάταιη. "Έχουμε αυτά τα δεδομένα τώρα", δήλωσε ο Ένγκερτ, ο οποίος, σε μια αίθουσα γεμάτη από καθηγητές blazers και ζακέτες, φορούσε ένα πουκάμισο μυών που προσφέρει άφθονες απόψεις για τους διογκωμένους δικέφαλους μυς του. «Ανακαλύψαμε ότι στην πραγματικότητα δεν είναι όλοι χρήσιμοι» («Νομίζω ότι η απεικόνιση ολόκληρου του εγκεφάλου είναι απλά μια δέσμη του ταύρου ----», είναι το πώς το έβαλε αργότερα.) Στους άλλους ερευνητές, πρέπει ακούγεται σαν προδότης.
Ο Engert, ο οποίος είναι 48 ετών, ήταν βασικά ο πρώτος άνθρωπος στον πλανήτη για να παρατηρήσει έναν εγκέφαλο στον τρόπο τοίχου στον τοίχο που ο Ομπάμα οραματίστηκε. Ο ίδιος και οι συνάδελφοί του το έκαναν με ένα πείραμα επιστημονικής φήμης που κατέγραψε κάθε ελιγμό της εγκεφαλικής δραστηριότητας σε ένα διάφανο zebrafish μωρών, ένα αξιοθέατο ορόσημο που δημοσιεύθηκε μόλις ένα χρόνο νωρίτερα στο επιστημονικό περιοδικό Nature . Για τον Engert για να υποδείξει ότι η αναζήτηση του προέδρου για εγκέφαλο ήταν κουκέτα ήταν λίγο σαν ο John Glenn να επιστρέφει από την τροχιά και να λέει στον JFK να μην ενοχλεί με μια σεληνιακή προσγείωση.
"Θα πρέπει να είναι συνήγορος", λέει ο Miyoung Chun, μοριακός γενετιστής και εκτελεστικός στο Ίδρυμα Kavli, κορυφαίος υποστηρικτής της έρευνας για τις νευροεπιστήμες. "Πολλοί άλλοι νευροεπιστήμονες γιορτάζουν αυτό που κατάφερε να πετύχει, αλλά ο ίδιος τον κλείνει".
Αλλά ο Engert προσπαθούσε να κάνει ένα ζήτημα: Η καταγραφή ολόκληρου του εγκεφάλου, κατά την άποψή του, δεν είναι αναγκαστικά ο καλύτερος δρόμος προς νέες ανακαλύψεις για τα τρία κιλά σάρκας μεταξύ των αυτιών μας. "Μπορείτε να βρείτε μοτίβα, ακολουθίες, συστοιχίες, συσχετισμοί και περιοχές των blips. Και τότε τι; "μου είπε. Είναι πολλά δεδομένα χωρίς πολλή κατανόηση.
Ο Λευκός Οίκος - και πολλοί επιστήμονες - προστάτευαν πάρα πολλές ελπίδες, σκέφτηκε ο Engert, σε μια πολύ στενή ιδέα για το πώς να κατανοήσουμε τον εγκέφαλο. Το διακύβευμα στην κριτική του είναι ερωτήματα όχι μόνο για τις μεθόδους, αλλά και για τους ίδιους τους στόχους της νευροεπιστήμης. Πόσο πρέπει να περιμένουμε να κατανοήσουμε στη ζωή μας φαινόμενα όπως η μνήμη, ο ύπνος και η συνείδηση; Τι θα πρέπει να είναι η υψηλότερη κλήση του τομέα; Θα πρέπει να θεραπεύονται για ασθένειες, ή είναι άλλες γραμμές έρευνας ακριβώς όπως αξίζει;
Ο Engert απολαμβάνει την αντιπαράθεση, ειδικά όταν βρίσκεται στο κέντρο του. Είναι ένα επικίνδυνο παιχνίδι για έναν ακαδημαϊκό, αλλά η επιστήμη του τον σώζει. Τον περασμένο Σεπτέμβριο η διοίκηση του Ομπάμα του απένειμε μία από τις μεγαλύτερες επιχορηγήσεις της νέας αποστολής του εγκεφάλου, χρίνοντάς τον έναν ηγέτη της ίδιας της προσπάθειας που δεν μπορεί να σταματήσει να διαλύει.
**********
Χιλιάδες, αν όχι εκατομμύρια, εγκεφαλικών κυττάρων πρέπει να μιλάνε μεταξύ τους για να μπορεί κάποιος να εκτελεί ακόμη και το πιο βασικό καθήκον, όπως την ανύψωση ενός ποτηριού νερού. Τα κύτταρα ανταλλάσσουν μηνύματα με τη μορφή ηλεκτρικών παλμών, τα οποία κινούνται σε ταχύτητες χιλιοστού του δευτερολέπτου κατά μήκος των δικτύων ινών που εκτείνονται σε κάθε περιοχή του εγκεφάλου. Σε σχεδόν κάθε στιγμή, δηλαδή στο Πεκίνο του εγκέφαλου, τηλεφωνεί στο Ελσίνκι, με την La Paz και την Καμπάλα να μπαίνουν στο συνέδριο. Αυτά τα κυκλώματα δραστηριότητας θεωρούνται ότι στηρίζουν μερικά από τα μεγαλύτερα μυστήρια του εγκεφάλου: πώς αποθηκεύουμε και ανακαλούμε τις μνήμες. πώς αισθανόμαστε συγκίνηση? πώς οι νευρώνες κωδικοποιούν τα δεδομένα από τις αισθήσεις μας και πώς αντλούν τα δεδομένα αυτά για να ενορχηστρώσουν τη συμπεριφορά. πώς αλλάζουν αυτά τα κυκλώματα σε άτομα με ψυχιατρικές και νευρολογικές ασθένειες.
Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες μπορούσαν να καταγράφουν από μερικές εκατοντάδες νευρώνες τη φορά, ακόμα και σε εργαστηριακά ζώα. Το έκαναν με βύθιση ηλεκτροδίων σε κάθε ένα από αυτά τα κύτταρα. Όμως, όσο περισσότερα κύτταρα προσπαθείτε να παρακολουθήσετε ταυτόχρονα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος θανάτωσης του ζώου ή βραχυκύκλωσης των ηλεκτρονικών σας. Σίγουρα, τα λειτουργικά μηχανήματα μαγνητικής απεικόνισης απεικονίζουν ολόκληρο τον εγκέφαλο, αλλά παρακολουθούν τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα και όχι την ηλεκτρική δραστηριότητα και το ψήφισμα είναι πάρα πολύ ακατέργαστο για τη μελέτη κυκλωμάτων σε κυτταρικό επίπεδο. Γι 'αυτό το λόγο το έγγραφο του Engert για το 2012 Nature σχετικά με το μωρό zebrafish μεγέθους βλεφαρίδων προσγειώθηκε με μια φάλαινα με μια βουτιά. Η ομάδα του βρήκε έναν τρόπο να καταγράψει ολόκληρο τον εγκέφαλο ενός ζώου με το σκούπισμα ενός fMRI και την ακρίβεια των ηλεκτροδίων μεταξύ των κυψελών.
Οι Zebrafish είναι μικροοργανισμοί γλυκών υδάτων που προέρχονται από ρυάκια που ρέουν μέσω ορυζώνων κατά μήκος των Γάγγη, στην Ινδία και το Μπαγκλαντές. Στη Δύση, τα γαλάζια και χρυσά ριγέ ψάρια είναι καλύτερα γνωστά ως βασικά αρχικά είδη ενυδρείων. Στη δεκαετία του '70, οι επιστήμονες είδαν σε αυτά τα δυσδιάκριτα πλάσματα τα στοιχεία του επόμενου μεγάλου εργαστηριακού ζώου. Το Zebrafish γεννά γρήγορα, κοστίζει λίγο και έχει γονίδια που είναι εύκολο να χειριστούν. Και για τις πρώτες μέρες της ζωής τους, το zebrafish, ο εγκέφαλος στην ουρά, είναι διαμπερείς. Για να διαβάσετε το μυαλό του μωρού zebrafish, οι επιστήμονες αργότερα συνειδητοποίησαν, το μόνο που έπρεπε να κάνετε ήταν να κοιτάξουμε.
Μετά από χρόνια δοκιμών και σφαλμάτων, ο Engert και τα μέλη του εργαστηρίου του απέσυραν ένα άγριο πείραμα. Ο Engert κωδικός ονόμασε το "Fish in The Matrix", μετά την τριλογία των sci-fi ταινιών για ανθρώπους που πιστεύουν ότι οδηγούν σε συνηθισμένες ζωές, αλλά στην πραγματικότητα σφραγίζονται σε λοβούς, τα μυαλά τους που συνδέονται με μια μηχανή εικονικής πραγματικότητας. Το πείραμα στοχεύει σε μια βασική ερώτηση: Τι συμβαίνει στους εγκεφάλους του μωρού zebrafish καθώς μαθαίνουν;
Στην αρχή, δεν ήταν ξεκάθαρο ότι κάποιος θα μπορούσε να διδάξει κάτι για το μωρό. Ο Engert και οι συνάδελφοί του προσπάθησαν για χρόνια να προκαλέσουν διαρκή αλλαγές στη συμπεριφορά, δίνοντας στα ψάρια ήπια σοκ ή ανταμείβοντάς τα με αλκοόλ ή κοκαΐνη, όλα χωρίς αποτέλεσμα. Όμως, από ένστικτο, το zebrafish κολυμπάει ενάντια σε ένα ρεύμα, ένα αντανακλαστικό που τους εμποδίζει να πλένονται σε ρυζόγαλο ή, χειρότερα, στη θάλασσα. Τι θα γίνει αν οι επιστήμονες θα μπορούσαν να κάνουν τα ψάρια να πιστεύουν ότι αυτό το σκληρό καλώδιο αντανακλαστικό δεν λειτουργούσε σωστά; Θα μάθαιναν τα ψάρια να προσαρμοστούν;
Οι ερευνητές έλαβαν μια σειρά από γενετικά τροποποιημένα zebrafish των οποίων οι νευρώνες αναβοσβήνουν πράσινο όταν πυροβολούν? τα κύτταρα παράγουν μια φθορίζουσα βαφή που ανάβει φωτεινότερα παρουσία ιόντων ασβεστίου, τα οποία ρέουν όταν το κύτταρο πυροδοτείται. Το ψάρι έπρεπε να είναι ακίνητο, έτσι ώστε οι πράσινες λάμψεις να μην θολώνουν κάτω από το μικροσκόπιο, και να έχουν ακόμα την ψευδαίσθηση της ελευθερίας.
Ο Engert και δύο από τους postdocs του, Misha Ahrens και Ruben Portugues, παραλύουν τα ψάρια με μια τοξίνη φιδιού φιδιού και το αναστέλλουν σε νερό σε ένα καθαρό πιάτο Petri. Για να μιμηθούν την οπτική εμπειρία της κολύμβησης σε ένα ρεύμα, έβαλαν μια οθόνη προβολής κάτω από το τρυβλίο petri και εμφάνισαν ένα σύνολο κινούμενων ράβδων. Από τα ηλεκτρόδια που έχουν επιδιορθωθεί στα νεύρα στην ουρά των ψαριών, οι ερευνητές αισθάνθηκαν αυτό που ο εγκέφαλος λέει στην ουρά να κάνει, παρόλο που η ίδια η ουρά δεν μπορούσε να κινηθεί. Ένας υπολογιστής επιβράδυνε τις ράβδους όταν το ψάρι τίναξε - ή σκέφτηκε ότι τρεμοπαίζει - την ουρά του, έτσι ώστε να πάρει ένα οπτικό σύνθημα που κρατούσε με επιτυχία τη θέση του στο κινούμενο νερό.
Κατόπιν ήρθε η πλύση εγκεφάλου. Όταν τα ψάρια "κολύμπησαν", οι ερευνητές επιβράδυναν υπερβολικά τα μπαρ ή αντιστρέφονταν την πορεία τους, με στόχο να κάνει το ζώο να σκέφτεται ότι η ουρά του είχε γίνει υπερβολικά ισχυρή. Ή έκαναν τις ράβδους να επιβραδύνουν πολύ λίγο, αποτρέποντας το ψάρι να σκέφτεται ότι η ουρά του ήταν ασυνήθιστα αδύναμη. Σε κάθε περίπτωση, τα ψάρια αντισταθμίζονται είτε μειώνοντας τις κινήσεις της ουράς τους είτε αυξάνοντάς τα: ό, τι χρειάστηκε για να παραμείνουν στο εικονικό ρεύμα. Όχι μόνο ο ζεμπράφις μετά από το ζέβραφ αναβαθμίζει τις ουρές τους, αργότερα θυμήθηκαν να το κάνουν: Έμαθαν. Όταν οι επιστήμονες έδωσαν στο ψάρι ένα διάλειμμα δέκα δευτερολέπτων και έπειτα επέστρεψαν την ταχύτητα της ράβδου στην ρεαλιστική του θέση, τα ψάρια αρχικά πρόσκρουσαν τις ουρές τους σαν να ήταν ακόμα πολύ ισχυρές ή πολύ αδύναμες.
(Samuel Velasco / 5W Infographics) 
(Samuel Velasco / 5W Infographics) 
Ο εγκέφαλος του zebrafish κατά τη διάρκεια της κολύμβησης (Florian Engert) 
Ο εγκέφαλος zebrafish μόνο κατά τη διάρκεια της οπτικής διέγερσης (Florian Engert) 
Τα Zebrafish είναι δημοφιλή στους αναπτυξιακούς βιολόγους από τη δεκαετία του '70. Τα ψάρια βάζουν 100 έως 200 αυγά την εβδομάδα, τα οποία αναπτύσσονται σε προνύμφες μίας πεντηκοστής του μεγέθους που φαίνεται εδώ. (Εργαστήριο Adam Parslow / Heath, Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας Walter και Eliza Hall) Τα βίντεο των 100.000 νευρώνων του ιχθύος, που έχουν κινηματογραφηθεί μέσω ενός μικροσκοπίου υψηλής ισχύος, δείχνουν πεδία λαμπερού πράσινου, που αναβοσβήνουν σε περιοχές που σχετίζονται με την όραση, την κίνηση και τη μάθηση. Ιδιαίτερη προσοχή είχε ένα σύνολο κυττάρων εγκεφάλου που δεν είχαν ξεκάθαρη σχέση με το όραμα ή την κίνηση και αυτό έβγαινε μόνο όταν το ψάρι συνειδητοποίησε ότι οι ουρές ήταν ασθενέστερες ή ισχυρότερες από τις αναμενόμενες. Ο Engert θεώρησε ότι αυτά τα κελιά έπαιξαν ρόλο σε "έκπληξη" ή "ανίχνευση σφαλμάτων".
Το χαρτί της ομάδας διαμόρφωσε μια σειρά καινοτομιών, αλλά ήταν το τεχνικό θαύμα της εγκεφαλικής εγγραφής που επέστησε την μεγαλύτερη προσοχή. Ποτέ πριν, οι επιστήμονες δεν είχαν δραστηριότητα σε όλους τους νευρώνες ενός ζωντανού ζώου. "Η τεχνολογία ήταν εκεί για να κάνει αυτό το πείραμα, αλλά κανείς δεν είχε, " είπε ο Joseph Fetcho, ένας καθηγητής Cornell που έκανε πολλές από τις σημαντικές προόδους στη νευροεπιστήμη zebrafish. "Μόνο ο Φλωριανός ήταν γεμάτος κοτσάνια. Είναι το σύνολο του, «Πηγαίνετε μεγάλο ή πηγαίνετε στο σπίτι» προσέγγιση στη ζωή. "
**********
Όταν εμφανίστηκα στο εργαστήριο του Engert στον δεύτερο όροφο του κτιρίου BioLab του Χάρβαρντ, με υποδέχθηκε και μου είπε: "Θα σου δείξω κάτι πραγματικά αστείο". Με οδήγησε από το κτίριο και κατέβασα ένα άσφαλτο σε μια πλευρά πόρτα της Σχολής Θεότητας του Χάρβαρντ. Μια πλαστικοποιημένη κάρτα στο πλαίσιο της πόρτας είπε: "Δεν καπνίζουμε μέσα σε 25 πόδια από την είσοδο στο κτίριο." Αλλά στην ίδια την πόρτα υπήρχε ένα άλλο σημάδι: "Δεν είσοδος".
Παρακολούθησε το πρόσωπό μου για να βεβαιωθεί ότι καταγράφηκα πώς το δεύτερο σημάδι θα μπορούσε ευλόγως να διαβάσει για να αρνηθεί το πρώτο. Στη συνέχεια, έσκασε σε ένα γεμάτο, γεμάτο γέλιο. Όταν ρώτησα αν μπορούσα να τραβήξω μια φωτογραφία, με μεγάλη άδειά του, βεβαιώνοντας ότι και τα δύο σημάδια ήταν ακόμα ορατά. Στη συνέχεια, ανάβει ένα τσιγάρο Αμερικανικού Πνεύματος, πνέει καπνό στις μαρκίζες της Αίθουσας Θεότητας και αναβλύζει την κάμερα με το καλύτερο χαμόγελο του κακόγουαλου.
Ο Engert ήταν για μένα, σε μινιατούρα, ένα από τα αγαπημένα του πρόσωπα: το τσουγκράνα σε μια κωμωδία των τρόπων, ο γοητευτικός, του οποίου η κακή συμπεριφορά είναι τόσο τελικά ακίνδυνη που μόνο οι κατηγορούμενοι του φαίνονται ανόητοι στο τέλος. Οι ιστορίες που του αρέσει να λένε για τον εαυτό του περιλαμβάνουν στενούς διαφυγές από μια ή και την άλλη ποικιλία fussbudget ή prude. Ο Χάρβαρντ, με την απίστευτη φήμη του, τα μεγάλα κόλπα του ego και του tweedy, του προσφέρει ένα ιδιαίτερα αποτελεσματικό foil. Όταν οι συνάδελφοι διαμαρτυρήθηκαν για το πατινάζ του μέσω του κτιρίου BioLabs, το προσωπικό συντήρησης έβαλε τα σήματα "No Rollerblading". Κατέβησαν μετά τη θητεία του.
Παρατήρησα ένα δερμάτινο μαστίγιο με χειροποίητο δέρμα πίσω από το γραφείο του Engert ένα απόγευμα και όταν ρώτησα τι έκαναν εκεί, το άρπαξε, άνοιξε στα πόδια του και άπιασε μια κτύπημα που χτυπούσε από τα καθίσματα. "Βλέπεις πώς αντιδρούν, πώς ξαφνικά δουλεύουν γρηγορότερα", αστειεύτηκε. Στην πραγματικότητα, κάποιος τον έδωσε σε ειρωνεία. Ο Engert είναι γνωστός για το πολύ μακρύ λουρί που δίνει στα μέλη του εργαστηρίου. Η πιο εφευρετική επιστήμη, αισθάνεται, έρχεται σε ένα περιβάλλον στο οποίο οι λαμπροί ανεξάρτητοι στοχαστές έχουν ελεύθερη δύναμη να κυνηγήσουν τις πιο φανταστικές ιδέες τους, ακόμη και αν αποτύχουν.
Ο Adam Kampff, προπτυχιακός αστροφυσικός μεγάλος, ζυγίζει μια αλλαγή στη νευροεπιστήμη για ένα διδακτορικό το 2002 όταν ο Engert του έδωσε μια πιστωτική κάρτα του Χάρβαρντ και του είπε να κατασκευάσει το εργαστήριο ένα μικροσκόπιο δύο φωτονίων, ένα εξάρτημα από λέιζερ και καθρέφτες των οποίων η συναρμολόγηση απαιτεί magnum της τεχνικής επιδεξιότητας. Τα μικροσκόπια, τα οποία πυροδοτούν δύο παλμούς υπέρυθρου φωτός σε ένα μόνο σημείο, αποτιμώνται για τις καθαρές εικόνες που λαμβάνουν από τα φθορίζοντα βαμμένα κύτταρα, όπως αυτά που αναβοσβήνουν πράσινα σε γενετικά τροποποιημένο ζεβέρο.
Ο Engert έπειτα έτρεξε στο Μπέρκλεϊ, όπου μόλις τελείωσε μια μεταδιδακτορική υποτροφία, ώστε να μπορέσει να οδηγήσει τη μοτοσικλέτα του Honda Shadow cross-country πίσω στο Κέιμπριτζ.
"Ενώ ήταν μακριά σκέφτομαι ότι δαπάνησα περίπου 300.000 δολάρια", μου είπε η Kampff. "Κοιτάζοντας πίσω, πηγαίνετε, " Περιμένετε, αυτό είναι τρελό ", δήλωσε ο Kampff, ο οποίος έμεινε για διδακτορικό και μεταδιδακτορικό με τον Engert και τώρα είναι εργαστηριακός διευθυντής στο Κέντρο Sainsbury Wellcome Center, ερευνητικό ινστιτούτο νευροεπιστημών στο University College του Λονδίνου. "Αλλά ήταν το καλύτερο που μου συνέβη ποτέ".
Για τη δημόσια ομιλία του 2009 που απέδωσε ο Engert ως μέρος της προσφοράς του, ένας συνάδελφος τον συμβούλεψε να παραλείψει το πουκάμισο των μυών και να ντύσει. Ο Ένγκερτ έκανε-σε-lederhosen. Όταν έφτασε στη σκηνή σε δερμάτινα σορτς και γόνατα, διαβεβαίωσε τη γεμάτη διάλεξη αίθουσα ότι σε αντίθεση με τις εμφανίσεις, είχε πάρει τις συμβουλές του συναδέλφου του στην καρδιά. "Αυτό είναι το επίσημο φόρεμα των βαυαρικών φυλών", δήλωσε ο Engert, καθώς η αίθουσα πλημμύρισε με το γέλιο, "και είναι ένα σημάδι του υψηλότερου σεβασμού για οποιοδήποτε κοινό".
**********
Ο Φλόριαν ήταν κάποτε ένα ήσυχο κωμικό βιβλίο-καταβροχθισμένο σπίτι, λέει η αδελφή του Καθάρια. Οι δυο μεγάλωσαν στην περιοχή Schwabing του Μονάχου, ένα μποέμικο θύλακα κινούμενο από φοιτητές από κοντινά πανεπιστήμια. Ο πατέρας τους ήταν ένας αρτοποιός που ίδρυσε μια τοπική αλυσίδα παγωτού και η μητέρα τους πούλησε το κομμωτήριο της οικογένειας για να μεγαλώσει τα παιδιά. Για ένα ξόρκι ζούσαν όλοι πάνω από τη σημαία Engert Ice. Τα παιδιά έρχονταν πάντα, αλλά "ποτέ δεν ήξερες αν ήταν φίλοι σου λόγω του παγωτού ή γιατί σου άρεσαν", λέει η Katharina, τώρα ένας γιατρός πρωτοβάθμιας φροντίδας στο Μόναχο.
Όταν ο Engert ήταν στο γυμνάσιο, ο πατέρας του, αγωνιζόμενος για τις αγγλικές του βαθμολογίες, τον έστειλε στο Λονδίνο για ένα έτος σπουδών με γλώσσα. Ο Engert ήρθε στο σπίτι εξωστρεφής και αυτοπεποίθηση. Σύντομα βρήκε τον εαυτό του σε ένα πλήθος αυτολιευμένων μηδενιστών του ψυχρού πολέμου που πίστευαν ότι ζουν προς το παρόν, επειδή μια πυρηνική καταστροφή ήταν ικανή να εξαλείψει την ανθρώπινη φυλή προτού να φθάσει κανείς σε 30.
Μεγάλα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση του σύμπαντος ενθουσιάστηκαν τον Engert και η φυσική έμοιαζε να έχει απαντήσεις. Ωστόσο, από την ανώτερη χρονιά του στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου, οι δύο πυλώνες του πεδίου - στοιχειώδη σωματίδια και αστροφυσική - είχαν έρθει να αισθάνονται «πολύ απομακρυσμένες από την καθημερινή ζωή», μου είπε. Ο γείτονας της επόμενης οικογένειας της οικογένειάς του ήταν ερευνητής του εγκεφάλου και του είπε στον Engert ότι η νευροεπιστήμη χρειάζεται φυσικούς, ότι το μέλλον του τομέα εξαρτάται από την εφεύρεση νέων εργαλείων για να κοιτάξει ο εγκέφαλος.
Ως μεταπτυχιακός φοιτητής και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Νευροβιολογίας του Max Planck εκτός του Μονάχου και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, ο Engert δημιούργησε εργαλεία για σημαντικές ανακαλύψεις για το πώς αλλάζουν οι νευρώνες στους αρουραίους και τους μάγους ανταποκρινόμενοι στην οπτική και την ηλεκτρική διέγερση - και τη μνήμη. Πέρασε δύο χρόνια σχεδιάζοντας ένα έτοιμο μικροσκόπιο δύο φωτονίων, του οποίου το λέιζερ, αν δεν ήταν καλά εξοπλισμένο, θα μπορούσε να ενεργοποιήσει τους αμφιβληστροειδείς. Σε μια τυπική χειρονομία, ο Engert διέσπασε τα γυαλιά ασφαλείας του εργαστηρίου στον τοίχο και έβαλε πάνω τους ένα πινακίδα που έλεγε «Μόνο για τους Wimps».
Το δώρο του για την επιχειρηματική δραστηριότητα και την ευχαρίστηση τροφοδότησε το μερίδιό του στο εσωτερικό του σχολιασμού. Το 2002, ο Mu-ming Poo, στο εργαστήριο του οποίου ο Engert εργάστηκε ως postdoc, έγραψε μια επιστολή που μαστίζει τα μέλη του εργαστηρίου για τεμπελιά. "Μπορεί να υπάρχουν μερικοί σπάνιοι τυχεροί, όπως ο Florian, που ... μπορούν να απολαύσουν τη ζωή για λίγο και να πάρουν ακόμα μια προσφορά εργασίας από το Χάρβαρντ", έγραψε ο Poo. "Κανείς άλλος στο εργαστήριο δεν έχει την πολυτέλεια του Florian να παίζει."
**********
Ο Λευκός Οίκος ξεκίνησε την αποστολή νευροεπιστημών του, γνωστή ως πρωτοβουλία BRAIN (για έρευνα εγκεφάλου μέσω της προώθησης καινοτόμων νευροτεχνολογιών), με αίτηση 100 εκατομμυρίων δολαρίων στο Κογκρέσο. Τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας απονεμήθηκαν 46 εκατομμύρια δολάρια σε επιχορηγήσεις BRAIN το περασμένο φθινόπωρο και οι οργανώσεις τόσο διαφορετικές όσο το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, η Υπηρεσία Προηγμένων Έργων Έρευνας για την Άμυνα και η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων υποστηρίζουν την έρευνα ευθυγραμμιζόμενη με τους στόχους της πρωτοβουλίας. Στον ιδιωτικό τομέα, εταιρείες όπως η Google, η GE και η GlaxoSmithKline αφιέρωσαν περισσότερα από 30 εκατομμύρια δολάρια στην αποστολή.
Οι επιστήμονες που ασχολούνται με την προσπάθεια οραματίζονται μια προσέγγιση σταυροδρόμων, που ξεκινάει από στρογγυλά σκουλήκια (300 νευρώνες), μωρό ζέβρα και μύγες φρούτων (100.000 η κάθε μία) σε ποντίκια (75 εκατομμύρια) και πιθήκους (6 δισεκατομμύρια για το μακάκ) εγκεφάλου (σχεδόν 100 δισ. ευρώ). Με κάποιους τρόπους, η πρωτοβουλία προχωρά τώρα σε όλα αυτά τα μέτωπα ταυτόχρονα. Οι επιστήμονες μελετούν τμήματα του ανθρώπινου εγκεφάλου, ενώ υιοθετούν μια πιο ολιστική προσέγγιση στα εργαστηριακά ζώα. Και πειραματίζονται με μια σειρά εργαλείων - λέιζερ, υπερευαισθησία, χημικές ετικέτες, υπερηχογράφημα υψηλής τεχνολογίας, ενεργοποιημένα με φως μόρια, fMRI επόμενης γενιάς και σαρωτές PET - με την ελπίδα εγγραφής σε υψηλή ανάλυση από βαθιά μέσα μη διαφανή εγκεφάλους.
Ο Chun, ο οποίος βοήθησε να πείσει τον Λευκό Οίκο να ξεκινήσει την Πρωτοβουλία BRAIN, εξομοιούσε το έργο του zebrafish σε ένα ρητό ανελκυστήρα. "Ήμασταν ακόμα στον πρώτο όροφο, προσπαθώντας να φτάσουμε στον δεύτερο όροφο", λέει. "Στη συνέχεια, από το πουθενά, πήγαμε στον δέκατο όροφο."
Δεν ήταν παρά το χαρτί του Engert - και το επόμενο έτος από τον Misha Ahrens, ο οποίος έβγαλε δραματικά γρηγορότερα την ανάγνωση από το μυαλό του zebrafish - ότι «σκεφτήκαμε, εντάξει, αυτή η πρωτοβουλία θα μπορούσε να είναι εφικτή», δήλωσε ο Chun. "Το άλμα της πίστης που έκαναν ήταν τεράστιο."
Περίπου το 80 τοις εκατό των γονιδίων που συνδέονται με την ανθρώπινη ασθένεια έχουν ένα αντίστοιχο στο ζέβρα ψαριού. (Δρ. Dominik Paquet / Πανεπιστήμιο Rockefeller) 
Στην τελευταία πρόοδο της χαρτογράφησης του εγκεφάλου, οι ερευνητές στο Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes μόνιμα σηματοδοτούν μασέρ νευρώνων (ματζέντα) σε μια ελεύθερη κολύμβηση zebrafish. (Eric Schreiter, HHMI / Janelia Research Campus) 
Αυτή η άποψη του εγκεφάλου του zebrafish, από μια ομάδα του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου, δείχνει περιοχές όπου οι νευρώνες συναντώνται (ματζέντα) και δέσμες άξονων (πράσινο). (Tom Hawkins & Kate Turner στο εργαστήριο Wilson της UCL στο πλαίσιο του Zebrafishbrain.org) Αναμένει ότι οι πληρωμές για την ανθρώπινη υγεία, για συνθήκες όπως η επιληψία, θα μπορούσαν να έρθουν σε μόλις πέντε χρόνια. Οι θεραπείες για τις λιγότερο κατανοητές ασθένειες - από τον Parkinson και τον Αλτσχάιμερ έως τον αυτισμό, τη σχιζοφρένεια και τη μετατραυματική αγχώδη διαταραχή - είναι πιο μακριά, αλλά δύσκολα δεν φτάνουν. Συγκρίνοντας τους εγκεφάλους υγιούς ανθρώπου, κυττάρου με κύτταρο, με εκείνους με νευρικές διαταραχές, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να απομονώσουν τα κυκλώματα των οποίων η διάσπαση προκαθορίζει την ασθένεια. Αυτές οι ανακαλύψεις θα μπορούσαν να προωθήσουν την ανάπτυξη νέων φαρμάκων και θεραπειών. Τα Zebrafish, τα οποία είναι σπονδυλωτά και έχουν έτσι μυαλά παρόμοια με τα δικά μας, οδηγούν ήδη τον τρόπο. Χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή φαρμάκων και τη μελέτη της νευροβιολογίας του άγχους, του ύπνου και της κατάχρησης αλκοόλ.
Ο Engert, ωστόσο, χαίρεται να αφήνει τέτοιες επιδιώξεις σε άλλους επιστήμονες. Λέει ότι ποτέ δεν έβγαλε τη δραστηριότητα εικόνας σε κάθε κύτταρο ενός εγκεφάλου. Ήταν απλώς ένα πρόσθετο στο πείραμα "Matrix" - ένας λάτρης για να σιωπηθεί μια συζήτηση για το αν μια τέτοια καταγραφή ήταν ακόμη δυνατή. Οδηγείται από ερωτήσεις χωρίς προφανείς εφαρμογές: Πώς αντιδρά ένα zebrafish σε ορισμένα είδη ερεθισμάτων; Ποια νευρικά κυκλώματα πυρπολούν όταν τα ψάρια κολυμπούν, κυνηγούν ή καταφεύγουν σε αρπακτικά ζώα; Ποιά πειράματα προσφέρουν την καλύτερη ματιά στη μάθηση της ζεμπραφίδας;
Θέλει το κοινό και τους πολιτικούς να εκτιμήσουν τη νευροεπιστήμη για τους ίδιους λόγους που κάνουν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων ή τον ποδηλάτη του Άρη. Κανένα από αυτά δεν αγγίζει την καθημερινή ζωή άμεσα, αλλά χρηματοδοτείται επειδή υπάρχει ομορφιά στην εξάπλωση των μυστηρίων του σύμπαντος. Πιστεύει ότι η αναζήτηση θα τεθεί πίσω εάν η πρωτοβουλία BRAIN έχει υπερβεί. "Το πρόβλημα, " λέει, "είναι ότι αν δεν λύσουμε το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον, θα φανεί ότι αποτύχαμε στα καθορισμένα καθήκοντά μας και οι άνθρωποι θα πάρουν τα χρήματα μακριά και θα πουν:" Ωραία προσπάθεια, χωρίς πούρο ".
Όσο για τα φιλοσοφικά ερωτήματα που τίθενται από αυτό το έργο - είτε η μελέτη του εγκεφάλου, θα μας διδάξει τίποτα για τη φύση της ανθρώπινης συνείδησης, ή για την ιδέα μιας ψυχής. αν η επιστήμη θα μειώσει κάποια στιγμή την ουσία της ανθρωπιάς μας σε έναν ψυχρό λογισμό αλγοριθμικού κώδικα-είναι αγνωστικιστής.
Συναντήσαμε ένα βράδυ στο φωτεινό μωβ σπίτι όπου ζει με την Polina Kehayova, μια ερευνητή ναρκωτικών που φωνάζει ως σοπράνο της Συμφωνικής της Βοστώνης και τη 6χρονη κόρη τους. Πάνω από το φαγητό, ο Engert υπενθύμισε κάτι που ο γλωσσολόγος του MIT Noam Chomsky είπε κάποτε: "Αν δεν μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί μια κατσαρίδα αποφασίζει να γυρίσει αριστερά, πώς μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί ένας άνθρωπος αποφασίζει να κάνει κάτι;"
«Ακόμα και το πιο έντονο έντομο είναι ένα θεαματικά καλά προσαρμοσμένο όργανο που είναι πιο περίπλοκο και πιο ενδιαφέρον από οποιοδήποτε υπολογιστή», μου είπε. "Θέλω να πω, δεν θα θέλατε να μάθετε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλός του;"
Μετά από λίγες μέρες με τον Engert, έκανα κάποια πρόοδο στο πώς λειτουργεί ο εγκέφαλός του. Οι στόχοι του, αποδεικνύεται, δεν είναι τόσο δύσκολοι για την Πρωτοβουλία BRAIN, όπως υποδεικνύει μερικές φορές, ακόμα κι αν τα κίνητρά του είναι διαφορετικά. Οι ζωντανές εικόνες του κάθε νευρώνα που αναβοσβήνει στον εγκέφαλο θα μπορούσαν να έχουν τεράστια δύναμη, λέει, αν οι επιστήμονες είδαν επίσης τα καλώδια: τις λεπτές ίνες κατά μήκος των οποίων οι νευρώνες στέλνουν σήματα. Στη συνέχεια, θα γνωρίζετε αν συγκεκριμένοι νευρώνες μιλούσαν ο ένας στον άλλο - και ίσως αυτό που λέγαμε, επίσης.
Στην πανεπιστημιούπολη ένα απόγευμα, ένας από τους μαθητές του Engert, Μαρίλα Πέτκοβα, με πέρασε σε μια αυλή στο εργαστήριο του Jeff Lichtman, καθηγητή μοριακής και κυτταρικής βιολογίας. Μέσα σε ένα δωμάτιο χωρίς παράθυρα, ένας ολόκληρος εγκέφαλος του ζεβάρου είχε σκληρυνθεί με ρητίνη και κόπηκε με ένα μαχαίρι με διαμάντια σε 30.000 υπερ-λεπτές φέτες. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης απεικονίζουν κάθε μία από τις φέτες και οκτώ προπτυχιακοί και αρκετοί εθελοντές - συμπεριλαμβανομένης της μαμάς του Petkova μέσω του Διαδικτύου από τη Βουλγαρία - εντοπίζουν τα νευρικά "σύρματα" με το χέρι από φέτα σε φέτα. Ένας άλλος καθηγητής, κωνσταντίνος Cepko, θα κάνει επιπλέον επιτόπια παρακολούθηση του πώς οι φθορίζοντες ιοί εξαπλώνονται μέσω ενός εγκεφάλου. Μόλις ολοκληρωθεί το διάγραμμα συνδεσμολογίας, ο Engert θα τοποθετήσει τον χάρτη των αναβοσβήνειων νευρώνων πάνω από αυτό. Ο Haim Sompolinsky, ένας θεωρητικός, θα αναλύσει στη συνέχεια τις ροές της νευρικής κυκλοφορίας μέσω των καλωδίων, αναζητώντας αρχές που συνδέουν αυτά τα μοντέλα κυκλοφορίας με συγκεκριμένες συμπεριφορές ψαριών.
Όταν το έργο του Engert, που λέει ότι μπορεί να διαρκέσει 20 χρόνια, δεν θα έχει τίποτα περισσότερο-ή λιγότερο-ένδοξο από ένα «εικονικό ψάρι»: λογισμικό που μιμείται την πλήρη λειτουργία ενός εγκεφάλου zebrafish. Οι επιστήμονες θα μπορούσαν να επιλέξουν κάθε συνδυασμό αισθητηριακών εισροών - θερμοκρασία νερού, ένα πρότυπο φωτός, το μονοπάτι του κοντινού θηράματος ή του αρπακτικού - και οι αλγόριθμοι του λογισμικού θα έδειχναν όχι μόνο πώς θα ανταποκρινόταν ένα πραγματικό ψάρι, αλλά αυτό που συνέβη στον εγκέφαλό του, χιλιοστά του δευτερολέπτου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου και ένα κύτταρο ανά κύτταρο, προτού το κάνει.
Θα έχει καταλάβει, κατ 'ουσίαν, γιατί ο ζεμπέρι στρίβει αριστερά.
**********
Τα πρωινά της Παρασκευής φέρνουν το μοναδικό jot της δομής στο εργαστήριο του Engert: την εβδομαδιαία συνάντηση όλων των χεριών, όπου 20 σπουδαστές βαθμού και μεταδιδακτορικές αλληλοσυμπληρώνονται για την έρευνά τους. Την Παρασκευή στα μέσα Δεκεμβρίου, όταν βρισκόμουν γύρω μου, ο Engert μπήκε σε πατίνια, φορούσε μια μπλούζα με μια εικόνα του Snoopy κάμπτοντας ένα bicep και τις λέξεις "Welcome to the Gun Show".
Ο καθηγητής κατέβηκε στο κεφάλι του τραπεζιού και αναπήδησε πάνω και κάτω στην πνευματική καρέκλα, σαν ένα παιδί που πηγαίνει γύρω από το γραφείο ενός γονέα. "Ουάου", είπε. "Νιώθω σαν να είμαι υπεύθυνος".
Αλλά εξίσου γρήγορα, γλίστρησε από την καρέκλα και σε μια γωνιά του δωματίου, όπου ανέλαβε ένα ρόλο λιγότερο δημοφιλές στο κοινό: αυτό της ήσυχης και ασθενούς μαζορέτας για τους ερευνητές του, εξερευνητές εκτός δρόμου που εξοπλίζει με εργαλεία και στη συνέχεια αποστολές - καλέστε όταν μπορείτε! -Σε τα αρχαία πεδία του μυαλού.
Οι νεαροί άνδρες και γυναίκες έκαναν στροφή κάνοντας κλικ σε διαφάνειες της τελευταίας δουλειάς τους: Εδώ είναι οι νευρώνες που αναβοσβήνουν όταν τα ψάρια παίρνουν ένα ήπιο σοκ. Εδώ, τα οπτικά σημάδια τους μυαλό σπίτι για να εκτιμήσουν την κίνηση. Εδώ, μια μηχανή υψηλής ταχύτητας σε μια φρέζα με ανάποδα, ένα νέο εργαλείο που μπορεί σύντομα να αφήσει τα μέλη του εργαστηρίου να παρακολουθούν την εγκεφαλική δραστηριότητα σε ψάρια ελεύθερης κολύμβησης.
Ο Engert έθεσε μερικές απαλές ερωτήσεις, αλλά κυρίως υπήρξε ενθάρρυνση: "Καταπληκτικό!" "Πολύ ωραίο - το θηρίο σε δράση!" "Κοίτα! Η αντίληψη, η γνώση και η συνείδηση εδώ. Η ψυχή του ψαριού! "
Ένας φοιτητής βαθμού επεσήμανε ότι τα πατίνια σε κάθε ένα από τα πόδια του Engert ήταν διαφορετικά χρώματα και κάνουν. Ο Engert ξεφλούδισε τα πατίνια για να αποκαλύψει τις κάλτσες-γκρι στο ένα πόδι, μαύρο από την άλλη. Στη συνέχεια έβγαλε τις κάλτσες του. Στο αριστερό του πόδι, το μεγάλο toenail ζωγραφίστηκε κόκκινο, και οι άλλοι μωβ. Στο δεξί του πόδι, το μεγάλο νύχι ήταν μοβ, και τα άλλα, κόκκινα. Όταν η κόρη του είχε εξαντλήσει τα δάχτυλα της μητέρας του σε ένα πρόσφατο πείραμα νυχιών, ο πατέρας της είχε προσφερθεί.
