Bagaimana Ikan Transparan Dapat Membantu Menguraikan Otak

Dalam pidato yang disiarkan televisi dari Ruang Timur Gedung Putih pada tanggal 2 April 2013, Presiden Obama meluncurkan misi ilmiah sama besarnya dengan program Apollo. Tujuannya bukan di luar angkasa, tetapi perbatasan yang sama-sama menyihir: otak manusia. Obama menantang "para peneliti paling imajinatif dan efektif" negara itu untuk memetakan seketika 100 juta sel-sel saraf di otak orang yang masih hidup, sebuah perjalanan jauh ke dalam kosmos saraf tidak pernah mencoba skala sekecil itu. Sebuah pemandangan panoramik dari pulsa elektrik yang menjalar di otak dapat menyebabkan pemahaman baru yang besar tentang bagaimana kita berpikir, mengingat dan belajar, dan bagaimana penyakit dari autisme hingga Alzheimer memperbaiki sirkuit mental kita. "Kami memiliki kesempatan untuk meningkatkan kehidupan bukan hanya jutaan, " kata presiden, "tetapi miliaran orang di planet ini."

Dari Kisah Ini

Masa Depan Otak

Membeli

Konten terkait

• Gelombang Kejut Dapat Membuat Gelembung Berbahaya di Otak
• Menghubungkan Banyak Pikiran Dapat Membantu Kerusakan Otak Menyembuhkan

Bulan berikutnya, enam mil dari Gedung Putih, seorang profesor Harvard bernama Florian Engert meraih sebuah mikrofon dan, di depan ahli saraf terkemuka negara itu, menyatakan upaya Obama pada dasarnya sia-sia. "Kami memiliki data itu sekarang, " kata Engert, yang, di ruangan yang penuh dengan blazer profesional dan cardigan, mengenakan kemeja otot yang memberikan pandangan yang cukup tentang otot bisepnya yang melotot. "Kami menemukan bahwa sebenarnya itu tidak terlalu berguna." ("Saya pikir pencitraan seluruh otak hanya sekelompok banteng ----, " adalah bagaimana ia menaruhnya kepada saya nanti.) Untuk peneliti lain, ia harus terdengar seperti pengkhianat.

Engert, yang berusia 48 tahun, pada dasarnya adalah orang pertama di planet ini yang mengamati otak dengan cara yang dibayangkan Obama. Dia dan rekan-rekannya telah melakukannya dengan percobaan ilmiah yang layak yang mencatat setiap blip aktivitas otak pada bayi zebrafish yang transparan, suatu prestasi penting yang diterbitkan hanya setahun sebelumnya dalam jurnal ilmiah Nature tenda. Bagi Engert untuk menyarankan bahwa pencarian otak presiden telah gagal adalah agak seperti John Glenn kembali dari orbit dan mengatakan kepada JFK untuk tidak repot-repot dengan pendaratan di bulan.

"Dia harus menjadi advokat, " kata Miyoung Chun, seorang ahli genetika molekuler dan eksekutif di Yayasan Kavli, pendukung utama penelitian ilmu saraf. "Banyak ahli saraf lainnya merayakan apa yang bisa dia capai, tetapi dia sendiri yang mematikannya."

Tetapi Engert berusaha menjelaskan: Rekaman seluruh otak, dalam pandangannya, belum tentu jalan terbaik untuk penemuan baru tentang tiga pon daging di antara telinga kita. “Anda dapat menemukan pola, urutan, kelompok, korelasi dan area blip. Lalu apa? ”Katanya. Banyak data tanpa banyak pemahaman.

Gedung Putih — dan banyak ilmuwan — menaruh terlalu banyak harapan, pikir Engert, pada gagasan yang terlalu sempit tentang bagaimana memahami otak. Yang dipertaruhkan dalam kritiknya adalah pertanyaan tidak hanya tentang metode, tetapi juga tujuan dari ilmu saraf. Berapa banyak yang harus kita pahami dalam kehidupan kita tentang fenomena seperti ingatan, tidur dan kesadaran? Apa yang seharusnya menjadi panggilan tertinggi di lapangan? Haruskah obat untuk penyakit, atau apakah jalur penyelidikan lain sama layaknya?

Engert menikmati kontroversi, terutama ketika dia berada di pusatnya. Ini permainan berbahaya bagi akademisi, tetapi ilmu pengetahuannya menyelamatkannya. September lalu, pemerintahan Obama menghadiahkan kepadanya salah satu hibah terbesar misi otak baru, mengurapi dia sebagai pemimpin dari upaya yang tidak bisa dia hentikan.

**********

Ribuan jika tidak jutaan sel otak harus berbicara satu sama lain agar seseorang dapat melakukan tugas yang paling dasar, seperti mengangkat segelas air. Sel-sel bertukar pesan dalam bentuk pulsa listrik, yang berpacu dengan kecepatan milidetik di sepanjang jaringan serat yang merentang setiap wilayah otak. Pada hampir setiap saat, yaitu, otak Beijing ada di telepon ke Helsinki-nya, dengan La Paz dan Kampala bergabung dalam konferensi. Sirkuit aktivitas ini dianggap mendasari beberapa misteri terbesar otak: bagaimana kita menyimpan dan mengingat ingatan; bagaimana kita merasakan emosi; bagaimana neuron menyandikan data dari indera kita dan bagaimana mereka memanfaatkan data itu untuk mengatur perilaku; bagaimana sirkuit itu berubah pada orang dengan penyakit psikiatrik dan neurologis.

Sampai baru-baru ini, para ilmuwan dapat merekam hanya dari beberapa ratus neuron pada satu waktu, bahkan pada hewan lab. Mereka melakukannya dengan memasukkan elektroda ke dalam masing-masing sel itu. Tetapi semakin banyak sel yang Anda coba lacak secara bersamaan, semakin besar risiko Anda untuk membunuh hewan itu atau korslet elektronik Anda. Tentu, mesin MRI fungsional menggambarkan seluruh otak, tetapi mereka melacak kadar oksigen darah, bukan aktivitas listrik, dan resolusinya terlalu kasar untuk studi sirkuit di tingkat sel. Itulah sebabnya makalah Engert 2012 Nature pada bayi seukuran bulu mata zebrafish mendarat dengan ikan paus percikan. Timnya telah menemukan cara untuk merekam seluruh otak binatang dengan sapuan fMRI dan ketepatan sel elektroda.

Zebrafish adalah ikan kecil air tawar yang berasal dari aliran sungai yang mengalir melalui sawah di sepanjang Sungai Gangga, di India dan Bangladesh. Di Barat, ikan bergaris biru dan emas lebih dikenal sebagai spesies dasar akuarium pemula Anda. Pada tahun 1970-an, para ilmuwan melihat pada makhluk-makhluk yang tidak mencolok ini sebagai makhluk hewan lab besar berikutnya. Zebrafish berkembang biak dengan cepat, biaya sedikit dan memiliki gen yang mudah dimanipulasi. Dan untuk beberapa hari pertama kehidupan mereka, ikan zebra, otak hingga ekor, tembus pandang. Untuk membaca pikiran bayi ikan zebra, para ilmuwan kemudian menyadari, yang harus Anda lakukan hanyalah melihat.

Setelah bertahun-tahun mencoba-coba, Engert dan anggota labnya melakukan percobaan liar. Engert menamakannya kode "Fish in The Matrix, " setelah trilogi film sci-fi tentang orang-orang yang berpikir mereka menjalani kehidupan biasa tetapi pada kenyataannya disegel dalam polong, otak mereka terhubung ke mesin realitas virtual. Percobaan itu membidik pertanyaan dasar: Apa yang terjadi pada otak bayi ikan zebra saat mereka belajar?

Pada awalnya, tidak jelas siapa pun bisa mengajar bayi menjadi bayi apa pun. Engert dan koleganya mencoba selama bertahun-tahun untuk memicu perubahan perilaku yang langgeng dengan memberi kejutan kecil pada ikan atau menghadiahi mereka dengan alkohol atau kokain, semuanya sia-sia. Tetapi, secara naluriah, ikan zebra berenang melawan arus, refleks yang membuat mereka tidak hanyut ke sawah atau, lebih buruk lagi, melaut. Bagaimana jika para ilmuwan dapat membuat ikan berpikir bahwa refleks berkabel ini tidak berfungsi dengan benar? Apakah ikan akan belajar beradaptasi?

Para peneliti memperoleh garis ikan zebra rekayasa genetika yang neuronnya menyala hijau ketika mereka menembak; sel-sel menghasilkan pewarna fluorescent yang bersinar lebih terang di hadapan ion kalsium, yang mengalir ketika sel sedang menembak. Ikan harus tidak bergerak, sehingga kilatan hijau tidak akan kabur di bawah mikroskop, dan masih memiliki ilusi kebebasan.

Engert dan dua postdocalnya, Misha Ahrens dan Ruben Portugues, melumpuhkan ikan itu dengan racun ular berbisa dan menggantungnya di air dalam cawan petri yang bening. Untuk meniru pengalaman visual berenang di sungai, mereka mengatur layar proyeksi di bawah cawan petri dan menampilkan serangkaian batang bergerak. Dari elektroda yang ditambal hingga saraf di ekor ikan, para peneliti merasakan apa yang diperintahkan oleh otak untuk dilakukan ekor, meskipun ekor itu sendiri sebenarnya tidak bisa bergerak. Sebuah komputer memperlambat jeruji ketika ikan menjentikkan — atau mengira ekornya menjentik — sehingga bisa mendapat isyarat visual bahwa ikan itu berhasil memegang tempatnya di air yang bergerak.

Lalu datanglah pencucian otak. Ketika ikan "berenang", para peneliti memperlambat jeruji terlalu banyak atau membalik arahnya, dengan tujuan membuat hewan berpikir ekornya menjadi sangat kuat. Atau mereka membuat jeruji melambat terlalu sedikit, membohongi ikan sehingga mengira ekornya lemah secara tidak normal. Dalam setiap kasus, ikan memberi kompensasi, baik dengan mengurangi ekornya atau menambahnya: apa pun yang diperlukan untuk tetap dimasukkan ke dalam aliran virtual. Zebrafish tidak hanya setelah zebrafish mengkalibrasi ulang ekornya, mereka kemudian ingat untuk melakukannya: Mereka belajar. Ketika para ilmuwan memberi istirahat sepuluh detik pada ikan dan kemudian mengembalikan kecepatan bar ke pengaturan realistisnya, ikan itu pada awalnya mencambuk ekor mereka seolah-olah mereka masih terlalu kuat atau terlalu lemah.

(Infografis Samuel Velasco / 5W) (Infografis Samuel Velasco / 5W) Otak ikan zebra saat berenang (Florian Engert) Otak ikan zebra saat stimulasi visual saja (Florian Engert) Zebrafish telah populer di kalangan ahli biologi perkembangan sejak tahun 1970-an. Ikan bertelur 100 hingga 200 telur per minggu, yang tumbuh menjadi larva seperlima dari ukuran yang ditunjukkan di sini. (Laboratorium Adam Parslow / Heath, Institut Penelitian Medis Walter dan Eliza Hall)

Video dari 100.000 neuron ikan, difilmkan melalui mikroskop berdaya tinggi, menunjukkan bidang hijau yang berkilauan, berkelap-kelip di bidang yang terkait dengan penglihatan, gerakan, dan pembelajaran. Dari catatan khusus adalah satu set sel-sel otak yang tidak memiliki ikatan yang jelas dengan penglihatan atau gerakan, dan yang berkedip hanya ketika ikan menyadari ekor mereka lebih lemah atau lebih kuat dari yang diharapkan. Engert berteori bahwa sel-sel ini berperan dalam "kejutan" atau "deteksi kesalahan."

Makalah tim mencatat sejumlah terobosan, tetapi keajaiban teknis dari perekaman di seluruh otaklah yang paling menarik perhatian. Belum pernah sebelumnya para ilmuwan mencitrakan aktivitas di semua neuron hewan yang hidup. "Teknologi ada di sana untuk melakukan percobaan itu, tetapi tidak ada yang punya, " kata Joseph Fetcho, seorang profesor Cornell yang membuat banyak kemajuan mani dalam ilmu saraf ikan zebra, kepada saya. “Hanya Florian yang cukup gila. Ini semacam keseluruhannya, pendekatan 'Go big or go home' untuk kehidupan. "

**********

Ketika saya muncul di lab Engert di lantai dua gedung BioLabs Harvard, dia menyapa saya dan berkata, "Saya akan menunjukkan kepada Anda sesuatu yang sangat lucu." Dia membawa saya keluar dari gedung dan menuruni jalan aspal ke samping. pintu Harvard Divinity School. Sebuah kartu yang dilaminasi pada kusen pintu berkata, "Tidak Merokok dalam Waktu 25 Kaki Masuk Bangunan." Tetapi di pintu itu sendiri ada tanda lain: "Bukan Pintu Masuk."

Dia memperhatikan wajah saya untuk memastikan saya mendaftar bagaimana tanda kedua dapat dibaca secara wajar untuk meniadakan yang pertama. Lalu dia tertawa tegang, bernada tinggi. Ketika saya bertanya apakah saya bisa mengambil foto, dia dengan penuh semangat menyetujui, memastikan kedua tanda itu masih terlihat. Kemudian dia menyalakan sebatang rokok American Spirit, menghembuskan asap ke atap Divinity Hall, dan memberikan senyum terbaiknya kepada bocah nakal di kamera.

Engert memberlakukan bagi saya, dalam miniatur, salah satu tokoh publik favoritnya: penggarukan dalam komedi sopan santun, perayu yang perilakunya yang buruk akhirnya tidak berbahaya sehingga pada akhirnya hanya penuduhnya yang terlihat bodoh. Kisah-kisah yang ia suka ceritakan tentang dirinya sendiri semuanya melibatkan pelarian-pelarian sempit dari satu varietas atau lainnya dari fussbudget atau pemalu. Harvard, dengan reputasinya yang suci, ego besar dan keharusan fesyen tweedy, menawarkan kepadanya cara yang sangat efektif. Ketika rekan-rekan mengeluh tentang berseluncur di gedung BioLabs, staf pemeliharaan memasang tanda “No Rollerblading”. Mereka turun setelah dia membuat jabatan.

Saya melihat cambuk kulit bergagang kayu di belakang meja Engert suatu sore, dan ketika saya bertanya apa yang dilakukannya di sana, dia meraihnya, melompat berdiri dan melepaskan celah yang memekakkan telinga yang mengeluarkan sepasang siswa lulusan kaget dari kursi mereka. “Kamu lihat bagaimana mereka bereaksi, bagaimana mereka tiba-tiba bekerja lebih cepat?” Candanya. Sebenarnya, seseorang memberikannya ironi. Engert dikenal karena tali yang sangat panjang yang dia berikan kepada anggota lab. Ia merasa, sains yang paling inventif datang dalam lingkungan di mana para pemikir independen yang brilian memiliki kebebasan untuk mengejar ide-ide mereka yang paling fantastis, bahkan jika mereka gagal.

Adam Kampff, seorang jurusan astrofisika sarjana, sedang menimbang beralih ke ilmu saraf untuk PhD pada tahun 2002 ketika Engert memberinya kartu kredit Harvard dan memintanya untuk membangun laboratorium sebuah mikroskop dua-foton, sebuah alat laser dan cermin yang perakitannya membutuhkan sebuah magnum ketangkasan teknis. Mikroskop, yang menembakkan dua pulsa cahaya inframerah pada satu titik, dihargai untuk gambar bersih yang diambil dari sel-sel yang diwarnai fluorescent, seperti yang berkedip hijau di ikan zebra yang dimodifikasi secara genetik.

Engert kemudian terbang ke Berkeley, di mana dia baru saja menyelesaikan beasiswa pasca-doktoral, sehingga dia bisa naik sepeda motor penjelajah Honda Shadow lintas negara kembali ke Cambridge.

"Ketika dia pergi saya pikir saya menghabiskan sekitar $ 300.000, " kata Kampff kepada saya. "Melihat ke belakang, Anda pergi, 'Tunggu, itu gila, '" kata Kampff, yang tinggal untuk PhD dan postdoc dengan Engert dan sekarang menjadi direktur laboratorium di Sainsbury Wellcome Centre, sebuah lembaga penelitian ilmu saraf di University College London. "Tapi itu hal terbaik yang pernah terjadi padaku."

Untuk khotbah umum tahun 2009 yang disampaikan Engert sebagai bagian dari tawaran masa jabatannya, seorang kolega menyarankannya untuk melewatkan kemeja otot dan berdandan. Engert melakukannya — di lederhosen. Ketika dia naik ke atas panggung dengan mengenakan celana pendek kulit dan kaus kaki lutut, dia meyakinkan ruang kuliah yang penuh sesak yang bertentangan dengan penampilan, dia telah mengambil nasihat rekannya dengan hati. "Ini adalah pakaian resmi dari suku-suku Bavaria, " kata Engert, ketika ruangan itu dipenuhi dengan tawa, "dan itu adalah tanda penghormatan tertinggi bagi setiap penonton."

**********

Florian dulunya adalah rumah yang tenang, komik pemakan buku, kata saudara perempuannya Katharina. Keduanya tumbuh di distrik Schwabing di Munich, daerah kantong Bohemia yang dianimasikan oleh mahasiswa dari universitas terdekat. Ayah mereka adalah seorang tukang roti yang mendirikan rantai es krim lokal, dan ibu mereka menjual salon rambut keluarganya untuk membesarkan anak-anak. Untuk mantra mereka semua hidup di atas Engert Ice andalan. Anak-anak selalu datang, tetapi “Anda tidak pernah tahu apakah mereka teman Anda karena es krim atau karena mereka menyukai Anda, ” kata Katharina, yang sekarang menjadi dokter perawatan primer di Munich.

Ketika Engert berada di sekolah menengah, ayah mereka, yang cemas akan nilai bahasa Inggrisnya, mengirimnya ke London selama satu tahun belajar bahasa. Engert pulang ke rumah dengan ekstrovert dan percaya diri. Dia segera menemukan dirinya dalam kerumunan nihilis perang dingin gadungan yang percaya pada hidup untuk saat ini karena bencana nuklir cenderung untuk menghapuskan umat manusia sebelum salah satu dari mereka mencapai 30.

Pertanyaan besar tentang asal usul alam semesta membuat Engert bersemangat, dan fisika tampaknya memiliki jawaban. Namun, pada tahun seniornya di Universitas Ludwig Maximilians Munich, dua pilar bidang itu — partikel elementer dan astrofisika — terasa “terlalu jauh dari kehidupan sehari-hari, ” katanya kepada saya. Tetangga sebelah keluarganya adalah seorang peneliti otak, dan dia memberi tahu Engert bahwa ilmu saraf membutuhkan fisikawan, bahwa masa depan bidang itu bergantung pada penemuan alat-alat baru untuk mengintip ke dalam otak.

Sebagai seorang mahasiswa pascasarjana dan peneliti postdoctoral di Max Planck Institute for Neurobiology di luar Munich dan di University of California, Engert membuat peralatan untuk penemuan-penemuan penting tentang bagaimana neuron pada tikus dan kecebong berubah dalam menanggapi stimulasi visual dan listrik — perubahan yang dianggap penting untuk pembelajaran dan memori. Dia menghabiskan dua tahun merancang mikroskop dua-foton khusus yang lasernya, jika salah penanganan, bisa meletus retina. Dengan gerakan yang khas, Engert menempelkan kacamata keselamatan laboratorium ke dinding dan menempelkan sebuah tanda di atas mereka yang bertuliskan, "Hanya untuk Wimps."

Hadiahnya untuk bisnis juggling dan kesenangan telah memicu bagiannya dari komentar intramural. Pada tahun 2002, Mu-ming Poo, yang labnya Engert bekerja sebagai postdoc, menulis surat yang mengecam anggota lab karena malas. "Mungkin ada beberapa orang beruntung yang langka seperti Florian, yang ... dapat menikmati hidup untuk sementara waktu dan masih mendapatkan tawaran pekerjaan dari Harvard, " tulis Poo. "Tidak ada orang lain di lab yang memiliki kemewahan Florian untuk bermain-main."

**********

Gedung Putih meluncurkan misi neurosainsnya, yang dikenal sebagai BRAIN Initiative (untuk Penelitian Otak melalui Advancing Innovative Neurotechnology), dengan permintaan $ 100 juta kepada Kongres. National Institutes of Health memberikan $ 46 juta dalam hibah BRAIN musim gugur yang lalu, dan lembaga-lembaga berbeda seperti National Science Foundation, Badan Proyek Penelitian Pertahanan Lanjutan dan Administrasi Makanan dan Obat-obatan mendukung penelitian yang selaras dengan tujuan inisiatif. Di sektor swasta, perusahaan seperti Google, GE dan GlaxoSmithKline telah mencurahkan lebih dari $ 30 juta untuk misi ini.

Para ilmuwan terlibat dengan upaya membayangkan pendekatan stepladder, bekerja dari cacing gelang (300 neuron), bayi zebrafish dan lalat buah (masing-masing 100.000) menjadi tikus (75 juta) dan monyet (6 miliar untuk kera) sebelum merangkum Himalaya manusia. otak (hampir 100 miliar). Dalam beberapa hal, inisiatif ini sekarang berjalan di semua lini secara bersamaan. Para ilmuwan sedang mempelajari bagian otak manusia sambil mengambil pendekatan yang lebih holistik pada hewan lab. Dan mereka sedang bereksperimen dengan berbagai alat — laser, probe ultrathin, label kimia, ultrasonik berteknologi tinggi, molekul yang diaktifkan cahaya, fMRI generasi mendatang dan pemindai PET — dengan harapan dapat merekam dengan resolusi tinggi dari dalam otak yang tidak transparan .

Chun, yang membantu meyakinkan Gedung Putih untuk meluncurkan BRAIN Initiative, telah menyamakan pekerjaan ikan zebra dengan lift ekspres. "Kami masih di lantai satu, mencoba untuk sampai ke lantai dua, " katanya. "Lalu entah dari mana, kami pergi ke lantai sepuluh."

Tidak sampai makalah Engert — dan yang lain, tahun berikutnya, dari Misha Ahrens, yang membuat zebrafish mind-reading secara dramatis lebih cepat — bahwa “Kami pikir, oke, inisiatif ini bisa dimungkinkan, ” kata Chun. "Lompatan iman yang mereka buat sangat luar biasa."

Sekitar 80 persen gen yang terkait dengan penyakit manusia memiliki padanan di ikan zebra. (Dr. Dominik Paquet / Universitas Rockefeller) Dalam kemajuan pemetaan otak terbaru, para peneliti di Howard Hughes Medical Institute secara permanen menandai neuron yang menembak (magenta) di ikan zebra yang berenang bebas. (Eric Schreiter, HHMI / Janelia Research Campus) Pandangan tentang otak ikan zebra ini, dari sebuah tim di University College London, menunjukkan daerah tempat neuron bertemu (magenta) dan bundel akson (hijau). (Tom Hawkins & Kate Turner di Laboratorium Wilson di UCL sebagai bagian dari Zebrafishbrain.org)

Dia mengharapkan imbalan untuk kesehatan manusia, untuk kondisi seperti epilepsi, bisa datang hanya dalam lima tahun. Perawatan untuk penyakit yang kurang dipahami — dari Parkinson dan Alzheimer hingga autisme, skizofrenia, dan gangguan stres pascatrauma — lebih jauh, tetapi sulit di luar jangkauan. Dengan membandingkan otak orang sehat, sel demi sel, dengan orang-orang dengan gangguan saraf, para ilmuwan mungkin dapat mengisolasi sirkuit yang kerusakannya menyebabkan penyakit. Penemuan itu dapat memacu perkembangan obat dan terapi baru. Zebrafish, yang bertulang belakang dan karenanya memiliki otak yang mirip dengan kita, sudah memimpin jalan. Mereka digunakan untuk menguji obat-obatan dan untuk mempelajari neurobiologi kecemasan, tidur dan penyalahgunaan alkohol.

Namun, Engert dengan senang hati meninggalkan pengejaran seperti itu kepada ilmuwan lain. Dia mengatakan dia tidak pernah memulai aktivitas gambar di setiap sel otak. Itu hanya add-on untuk eksperimen "Matrix" - sebuah usaha untuk membungkam perdebatan tentang apakah rekaman semacam itu bahkan mungkin. Dia didorong oleh pertanyaan tanpa aplikasi yang jelas: Bagaimana seekor ikan zebra bereaksi terhadap jenis rangsangan tertentu? Sirkuit saraf mana yang terbakar ketika ikan berenang, berburu, atau melarikan diri dari pemangsa? Percobaan apa yang memberikan tampilan terbaik pada pembelajaran ikan zebra?

Dia ingin publik dan politisi untuk menilai ilmu saraf untuk alasan yang sama mereka melakukan Hubble Space Telescope, Large Hadron Collider atau Mars rover. Tidak ada yang menyentuh kehidupan sehari-hari secara langsung, tetapi mereka didanai karena ada keindahan dalam mengungkap misteri alam semesta. Dia percaya bahwa pencarian akan mundur jika BRAIN Initiative oversold. "Masalahnya, " katanya, "adalah bahwa jika kita tidak menyelesaikan Alzheimer dan Parkinson, itu akan terlihat seperti kita gagal dalam tugas yang ditunjuk dan orang-orang akan mengambil uang itu dan berkata, 'Usaha yang bagus, tidak ada cerutu.'"

Adapun pertanyaan-pertanyaan filosofis yang diajukan oleh karya ini — apakah mempelajari otak akan mengajarkan apa pun tentang sifat kesadaran manusia, atau gagasan tentang jiwa; apakah suatu hari sains akan mengurangi hal-hal kemanusiaan kita menjadi kalkulus dingin kode algoritmik — dia agnostik.

Kami bertemu suatu malam di rumah ungu cerah di mana ia tinggal bersama Polina Kehayova, seorang peneliti obat bius yang bekerja sambilan sebagai soprano Boston Symphony, dan putri mereka yang berusia 6 tahun. Lebih dari rebusan lentil, Engert mengingat sesuatu yang ahli bahasa MIT Noam Chomsky pernah berkata: "Jika kita tidak dapat menjelaskan mengapa seekor kecoak memutuskan untuk berbelok ke kiri, bagaimana kita bisa menjelaskan mengapa manusia memutuskan untuk melakukan sesuatu?"

“Bahkan serangga paling rendah pun adalah instrumen yang diadaptasi dengan baik dan spektakuler yang lebih rumit dan lebih menarik daripada komputer mana pun, ” katanya kepada saya. "Maksudku, tidakkah kamu ingin tahu bagaimana otaknya bekerja?"

Setelah beberapa hari bersama Engert, saya berhasil membuat otaknya bekerja. Tujuannya, ternyata, tidak canggung untuk Inisiatif BRAIN seperti yang kadang-kadang dia pura-pura, meskipun motivasinya berbeda. Gambar-gambar langsung dari setiap neuron otak yang berkedip dapat memiliki kekuatan luar biasa, katanya, jika para ilmuwan juga melihat kabel: serat-serat tipis di mana neuron mengirimkan sinyal. Lalu, Anda akan tahu apakah neuron tertentu berbicara satu sama lain — dan mungkin apa yang mereka katakan juga.

Di kampus suatu sore, salah satu mahasiswa pascasarjana Engert, Mariela Petkova, mengantarku melintasi halaman menuju laboratorium Jeff Lichtman, seorang profesor biologi molekuler dan seluler. Di dalam ruangan tanpa jendela, seluruh otak ikan zebra telah dikeraskan dengan resin dan dipotong oleh pisau berlian menjadi 30.000 irisan super tipis. Pemindaian mikroskop elektron mencitrakan setiap irisan, dan delapan sarjana dan beberapa sukarelawan — termasuk ibu Petkova, melalui Internet dari Bulgaria — sedang melacak “kabel” saraf dengan tangan dari irisan ke irisan. Profesor lain, Constance Cepko, akan melakukan pelacakan tambahan dengan mengamati bagaimana virus fluorescent menyebar melalui otak. Setelah diagram pengkabelan selesai, Engert akan meletakkan peta neuron yang berkedip di atasnya. Haim Sompolinsky, seorang ahli teori, kemudian akan menganalisis arus lalu lintas saraf di seluruh kabel, mencari prinsip-prinsip yang menghubungkan pola lalu lintas itu dengan perilaku ikan tertentu.

Ketika pekerjaan Engert selesai, yang menurutnya dapat memakan waktu 20 tahun, ia tidak akan memiliki yang lebih — atau kurang — lebih mulia daripada "ikan virtual": perangkat lunak yang meniru cara kerja otak zebrafish yang lengkap. Para ilmuwan dapat memutar campuran input sensorik apa pun — suhu air, pola cahaya, jalur mangsa atau predator di dekatnya — dan algoritme perangkat lunak itu tidak hanya akan menunjukkan bagaimana respons seekor ikan nyata, tetapi apa yang terjadi di otaknya, milidetik oleh milidetik dan sel demi sel, sebelum melakukannya.

Dia akan tahu, pada dasarnya, mengapa ikan zebra belok ke kiri.

**********

Jumat pagi membawa satu-satunya struktur ke lab Engert: pertemuan mingguan serba bisa, di mana 20 mahasiswa pascasarjana dan postdoc saling menjelaskan satu sama lain tentang penelitian mereka. Pada hari Jumat pertengahan Desember ketika saya berada di dekat situ, Engert mengenakan sepatu roda, mengenakan T-shirt dengan gambar Snoopy yang sedang mengencangkan bicep dan kata-kata "Selamat datang di Gun Show."

Profesor itu duduk di kepala meja dan melompat-lompat di kursi pneumatik, seperti anak kecil yang bermain-main di meja orang tua. "Wow, " katanya. "Aku merasa seperti yang bertanggung jawab."

Tetapi dengan cepat, dia turun dari kursi dan ke sudut ruangan, di mana dia mengambil peran yang kurang sering terlihat di depan umum: yaitu pemandu sorak yang pendiam dan sabar untuk para peneliti, penjelajah luar jalur yang dia lengkapi dengan peralatan dan kemudian kiriman— teleponlah kapan saja! —Ke bintang-bintang pikiran.

Para pria dan wanita muda bergiliran mengklik slide-slide karya zebra terbaru mereka: Berikut adalah neuron-neuron yang menyala ketika ikan mendapat kejutan ringan. Di sini, visual isyarat otak mereka pulang untuk memperkirakan gerakan. Di sini, kamera berkecepatan tinggi pada mesin penggilingan terbalik, sebuah alat baru yang segera memungkinkan anggota lab melacak aktivitas otak pada ikan yang berenang bebas.

Engert mengajukan beberapa pertanyaan lembut, tetapi sebagian besar ada dorongan: "Luar biasa!" "Bagus sekali — binatang buas itu sedang beraksi!" Persepsi, kognisi dan kesadaran di sini. Jiwa ikan! "

Seorang mahasiswa pascasarjana menunjukkan bahwa sepatu roda in-line di masing-masing kaki Engert berwarna dan berbeda. Engert melepas sepatu skate untuk memperlihatkan kaus kaki — abu-abu dengan satu kaki, hitam di atas kaki lainnya. Lalu ia melepas kaus kakinya. Di kaki kirinya, kuku kaki besar dicat merah, dan yang lainnya berwarna ungu. Di kaki kanannya, kuku jari kakinya berwarna ungu, dan yang lainnya berwarna merah. Ketika putrinya telah melelahkan jari-jari ibunya dalam percobaan cat kuku baru-baru ini, ayahnya mempersembahkannya.