Što je projekt mapiranja inicijative BRAIN?

Sadržaj

• Što je mapiranje mozga?
• Financiranje istraživanja podržava BRAIN inicijativu
• Ključni ciljevi BRAIN projekta
• Prednosti i nedostaci projekta Mapiranje mozga

Mapiranje mozga zvuči kao nešto što je izvađeno izravno iz znanstvene fantastike.Može se zamisliti kako minijaturizirani istraživač pomno dokumentira svoja otkrića dok prelazi površinu mozga, uključujući doline i grebene. U stvarnosti, mapiranje mozga moglo bi nam pomoći da bolje razumijemo diskretne dijelove mozga i dovede nas do otkrića koja ublažavaju ozbiljne poremećaje poput Alzheimerove, Parkinsonove, depresije i traumatičnih ozljeda mozga. To je cilj projekta mapiranja inicijative BRAIN.

Što je mapiranje mozga?

Zastanite na trenutak da razmotrite mozak. Može sadržavati 100 milijardi stanica. Svaka stanica, koja se naziva neuron, može se povezati s desecima tisuća drugih moždanih stanica.

Te mreže podržavaju funkcije koje su ključne za naš život. Bez čak i minimalno funkcionalnog mozga, većina bi pristala, nema smislenog života. Znanost je pokušala rasvijetliti ovaj najvitalniji od naših organa.

Povijest mapiranja mozga

Razumijevanje mozga ne kao jedinstvenog, jednolikog organa, već kao onog koji se sastoji od diskretnih područja, koncept je koji postoji više od 100 godina. 1909. godine Korbinian Brodmann napisao je rad koji opisuje mapu moždane kore, dijeleći površinu mozga na 43 područja. On je razdvojio ove regije na temelju uzoraka tanko izrezanog moždanog tkiva koji pokazuju različite obrasce bojenja na staničnom tijelu. Arhitektura stanica mogla bi se koristiti za dijeljenje mozga na različita područja.

Brodmannovi pokušaji bili su izuzetno utjecajni. Jedinstveno je povezati anatomsku strukturu s funkcijom mozga. Omogućio je razvoj okvira koji je pokušao povezati oštećenja na određene strukture s dosljednim gubitkom funkcije. Njegova početna karta još uvijek pomaže neuroznanstvenicima da lokaliziraju nalaze na slikanju mozga, što se može dobiti u slučaju moždanog udara, traumatične ozljede ili tumora.

Mapiranje mozga danas

Baš kao što se i druge karte s vremenom mogu pročišćavati, daljnji rad proširio je naše razumijevanje topografske organizacije moždanih tkiva. Projekt mape moždanih aktivnosti stvoren je kako bi promovirao takva napretka. Ovaj je projekt potpomognut na konferenciji koju je u rujnu 2011. organizirao Miyoung Chun iz Zaklade Kavli u Londonu.

Znanstvenici su nastavili unapređivati ​​razumijevanje strukture mozga.

U 2016. godini mozak je dalje podijeljen na 180 zasebnih paketa koji pokazuju jasne razlike u strukturi, funkciji i povezanosti - po prvi puta su opisana 97 područja koja su obuhvaćena.

Te su novije mape izrađene uporabom tehnika magnetske rezonancije (MRI), uključujući funkcionalni MRI (fMRI), koje mjere protok krvi kao odgovor na različite (vrlo specifične) mentalne zadatke.

Ova vrsta mapiranja uključuje polako kretanje površinom mozga dok se ne primijete značajne promjene u dva ili više neovisnih svojstava, pomažući u ocrtavanju granica na karti. Iako broj područja može biti dosljedan, veličine se razlikuju od pojedinca do pojedinca. Te razlike mogu važno razlikovati kognitivne i kreativne sposobnosti, kao i potencijalni rizik za bolesti povezane s mozgom, poput Alzheimerove, Parkinsonove, pa čak i depresije.

Podjela mozga na manje dijelove može pomoći neuroznanstvenicima da shvate kako on djeluje u cjelini. Međutim, pojedinačna mjerenja mogu se pokazati nepotpunima, pružajući obmanjujući pogled na mozak i njegovu funkciju.

Mapiranje također malo objašnjava biokemiju koja je temeljna. Također ne može razjasniti ulogu malih skupina ili čak važnih pojedinačnih neurona. Kako tehnologija napreduje, možda će biti potrebni napori ponovnog mapiranja.

Osim strukturnih razlika očiglednih na staničnoj razini, možda je moguće organizirati moždana tkiva na temelju njegove aktivnosti i međusobnih veza. Uz političku i ekonomsku potporu, ovaj je projekt objedinjen u širu BRAIN inicijativu.

Financiranje istraživanja podržava BRAIN inicijativu

Za razotkrivanje složenosti mozga potrebna je gotovo bez presedana razina suradnje unutar znanstvene zajednice, spremnost za zajednički rad preko geopolitičkih podjela i udruživanje resursa u globalno javno-privatno partnerstvo.

Izvorno nazvana Karta moždanih aktivnosti, Inicijativu za istraživanje mozga kroz unapređivanje inovativnih neurotehnologija (BRAIN) pokrenuo je predsjednik Barack Obama u Sjedinjenim Državama 2. travnja 2013.

BRAIN Inicijativa teži mapiranju funkcije stotina tisuća neurona istovremeno, jer oni funkcioniraju brzinom prolazne misli.

Prije preispitivanja težnji ovog projekta, važno je prepoznati da Amerikanci nisu sami u svom nastojanju.

Zapravo, projekt BRAIN pridružuje se drugim svjetskim inicijativama koje su dio globalnog poticanja potpunijeg razumijevanja unutarnjeg rada mozga. 19. rujna 2016. godine pokrenuta je Međunarodna inicijativa za mozak na sastanku koji je pratio Generalnu skupštinu Ujedinjenih naroda. Nacionalna zaklada za san i Nacionalni institut za zdravlje (NIH) u SAD-u angažirali su resurse za razvoj i podršku projektu.

Osim izrade detaljnog plana za vođenje potrebnih znanstvenih istraživanja, uključujući vozne redove, prekretnice i procijenjene troškove, financijska podrška mora se i pribaviti i održavati. Projekt mapiranja mozga i šira BRAIN inicijativa u početku su financirani s više od 100 milijuna dolara, a očekuje se da će koštati milijarde dolara tijekom više od deset godina.

Osim novca od javnih istraživanja, privatni napori u dinamičnom mapiranju mozga uključuju:

• Allenov institut za znanost o mozgu u Seattlu (troši 60 milijuna USD godišnje tijekom 4 godine)
• Medicinski institut Howard Hughes u Virginiji (troši najmanje 30 milijuna dolara godišnje)
• Zaklada Kavli iz Oxnarda u Kaliforniji (troši 4 milijuna dolara godišnje tijekom deset godina)
• Salk institut za biološke studije u San Diegu (ulažući 28 milijuna dolara u napore)

Zajednička, javno-privatna istraživačka inicijativa u konačnici ima za cilj podržati razvoj inovativnih tehnologija koje mogu stvoriti dinamično razumijevanje funkcije mozga.

Ključni ciljevi BRAIN projekta

Šira misija BRAIN inicijative je "produbiti razumijevanje unutarnjeg djelovanja ljudskog uma i poboljšati način na koji liječimo, sprječavamo i liječimo poremećaje mozga". Da bi se to postiglo, mora se razviti nova tehnologija koja će istražiti kako stanice i krugovi mozga međusobno djeluju, konačno otkrivajući složene veze između funkcije mozga i ponašanja.

Postoji nekoliko ključnih ciljeva ovog projekta, a postoji bezbroj načina kako bi se oni mogli ostvariti tijekom sljedećeg desetljeća.

• Napredna neurotehnologija: Financijska potpora obećavajućim istraživanjima vodit će brzom razvoju tehnologije koja nam pomaže ne samo da shvatimo osnove mozga, već i kako dijagnosticirati i liječiti poremećaje koji na njega utječu. Za inovacije, znanstvena dostignuća i unapređenje uređaja bit će potrebni multidisciplinarni timovi inženjera i neuroznanstvenika.
• Olakšajte dinamično slikanje: Ako je trenutno slikanje mozga poput listanja hrpe fotografija, novija tehnologija će stvoriti dinamične slike, poput promatranja funkcije mozga u stvarnom vremenu. Tehnologija slike mora biti napredna kako bi se te funkcije mogle vizualizirati u većoj razlučivosti u različitim prostornim i vremenskim razmjerima.
• Istražite moždane funkcije: Mozak nije statični organ; aktivno bilježi, obrađuje, pohranjuje, dohvaća i gotovo trenutačno koristi goleme količine informacija. Da bi razumio ovaj kapacitet, mozak mora biti istražen u stvarnom vremenu s više potencijalnih modaliteta, od kojih mnogi trenutno ne postoje.
• Poveži ponašanje s funkcijom: Vanjska manifestacija funkcije mozga promatra se kao ponašanje. Komplicirano je bezbroj načina na koje se može primijetiti da se neko ponaša. Korištenjem naprednih računalnih modela, možda će biti moguće razotkriti ove obrasce i pionirske modele kako bi se poboljšalo željeno ponašanje.
• Poboljšajte potrošačke aplikacije: Medicinski uređaji koji komuniciraju s moždanim tkivom mogu duboko utjecati na naš budući život, a propisi moraju promicati zdravlje i dobrobit potrošača. Donošenje ovih tehnologija potrošačima s pažnjom kako prema sigurnosti, tako i prema učinkovitosti ključno je kako polje napreduje.

Prednosti i nedostaci projekta Mapiranje mozga

Možda se čini da na polju neuroznanosti postoje neograničene mogućnosti i neograničeni potencijal. Kako unapređujemo znanje o mozgu, stječemo blisko razumijevanje što znači biti čovjek. Međutim, Projekt mapiranja mozga može imati neke potencijalne nedostatke.

• Odljev novca: Veliki projekt poput ovog mogao bi usmjeriti financijsku potporu i pozornost drugih vrijednih razloga. To bi financiranje vlade ili neprofitne agencije mogle naglo smanjiti.
• Različiti prioriteti istraživanja: Nemaju svi znanstvenici isti fokus. Kad su prisiljeni tražiti financijsku potporu, to ih može odvesti od njihovih snaga. Etička razmatranja također mogu ograničiti suradnju jer, na primjer, neće svi znanstvenici sudjelovati u istraživanju primata.
• Sukob i nedostatak konsenzusa: U potrazi za znanstvenom istinom put naprijed nije uvijek jasan. Snažne osobnosti u kombinaciji s razlikama u mišljenjima mogu dovesti do proturječnih hipoteza i istraživačkih prioriteta. Ovaj nedostatak konsenzusa među stručnjacima može stvoriti neslogu.
• Zanemarujući doprinose manjih zemalja: Iako industrijalizirane zemlje mogu uložiti 300 milijuna dolara u financiranje istraživanja, države u razvoju možda neće moći na sličan način podnijeti zahtjev u projektu. To se može uravnotežiti pacijentima koji daju doprinose, modelnim organizmima i pristupačnim tehnologijama, ali samo ako za stolom postoji mjesto.
• Osnovna znanost nasuprot primijenjene tehnologije: Neka znanstvena znanja stječu se isključivo s plemenitim ciljem unapređenja znanja. Financijski poticaji i sposobnost stvaranja primijenjene tehnologije koja može biti profitabilna mogu usmjeriti pozornost na pothvat.
• Integriranje postojećih resursa: Ovaj se projekt temelji na prethodnom radu i mora pronaći način za integriranje američkog projekta Human Connectome (usredotočujući se na mapiranje strukturnih i funkcionalnih veza mozga), Projekta ljudskog mozga Europske unije (usredotočenog na osnovnu znanost o tome kako mozak radi ) i kanadski program CBRAIN (fokusiran na stvaranje tehnologija koje se mogu primijeniti na medicinu), između ostalih prethodnih napora.

Srećom, puno je obećanja i razloga za nadu kako se ovaj projekt nastavlja. Mapiranje mozga na kraju će integrirati više mjerenja, uključujući:

• Kortikalna debljina
• Funkcija mozga
• Povezanost između regija
• Topografska organizacija stanica
• Razine mijelina (masna izolacija koja ubrzava neuronsku signalizaciju)

Objedinjavanje istraživačkih napora, omogućavajući timovima da surađuju i razmjenjuju informacije, kako bi slijedili određene ciljeve pod zastavom Projekta mapiranja mozga, omogućit će značajan napredak u neuroznanosti.

Riječ iz vrlo dobrog

Projekt mapiranja mozga predstavlja izvanrednu predanost financiranju napretka u našem razumijevanju korelacije između struktura i funkcija u mozgu. Moćni mikroskopi, superračunski resursi i univerzalni alati za mapiranje mozga omogućit će znanstvenicima da ubrzaju otkriće. Pokazalo se da ovi pomaci omogućuju poboljšanje zdravlja mozga cijelom čovječanstvu, ali samo ako se zadrže financiranje i suradnja.