Zawartość
- Co to jest mapowanie mózgu?
- Finansowanie badań wspiera inicjatywę BRAIN
- Kluczowe cele projektu BRAIN
- Wady i zalety projektu mapowania mózgu
Co to jest mapowanie mózgu?
Zatrzymaj się na chwilę, aby przyjrzeć się mózgowi. Może zawierać 100 miliardów komórek. Każda komórka, zwana neuronem, może łączyć się z dziesiątkami tysięcy innych komórek mózgowych.
Sieci te obsługują funkcje, które są integralną częścią naszego życia. Bez choćby minimalnie funkcjonującego mózgu, większość zgodziłaby się, nie ma sensownego życia. Nauka próbowała naświetlić ten najważniejszy z naszych organów.
Historia mapowania mózgu
Zrozumienie mózgu nie jako pojedynczego, jednolitego organu, ale jako jednego z odrębnych regionów, to koncepcja, która istnieje od ponad 100 lat. W 1909 roku Korbinian Brodmann napisał artykuł opisujący mapę kory mózgowej, dzieląc powierzchnię mózgu na 43 obszary. Oddzielił te regiony na podstawie próbek cienko pociętej tkanki mózgowej wykazującej wyraźne wzorce barwienia ciała komórkowego. Architektura komórek może posłużyć do podziału mózgu na odrębne obszary.
Próby Brodmanna miały ogromny wpływ. Skorelowanie struktury anatomicznej z funkcją mózgu było wyjątkowe. Pozwoliło to na opracowanie struktury, która próbowała powiązać uszkodzenia określonych struktur z konsekwentną utratą funkcji. Jego wstępna mapa nadal pomaga neuronaukowcom w lokalizowaniu wyników badań obrazowych mózgu, tak jak w przypadku udaru, urazu lub guza.
Mapowanie mózgu dzisiaj
Podobnie jak inne mapy mogą być udoskonalane z czasem, dalsze prace poszerzyły naszą wiedzę na temat topograficznej organizacji tkanek mózgu. Projekt Brain Activity Map powstał w celu promowania takich postępów. Projekt ten zdobył uznanie na konferencji zorganizowanej przez Miyoung Chun z The Kavli Foundation w Londynie we wrześniu 2011 roku.
Naukowcy nadal pogłębiali wiedzę na temat budowy mózgu.
W 2016 roku mózg został dodatkowo podzielony na 180 oddzielnych działek wykazujących wyraźne różnice w strukturze, funkcji i połączeniach - po raz pierwszy opisano 97 uwzględnionych obszarów.
Te nowsze mapy są konstruowane przy użyciu technik rezonansu magnetycznego (MRI), w tym czynnościowego MRI (fMRI), które mierzą przepływ krwi w odpowiedzi na różne (bardzo specyficzne) zadania umysłowe.
Ten rodzaj mapowania polega na powolnym przemieszczaniu się po powierzchni mózgu, aż zostaną zauważone znaczące zmiany w dwóch lub więcej niezależnych właściwościach, pomagając w wyznaczeniu granic na mapie. Chociaż liczba obszarów może być spójna, rozmiary różnią się w zależności od osoby. Różnice te mogą istotnie odróżniać zdolności poznawcze i twórcze, a także potencjalne ryzyko chorób związanych z mózgiem, takich jak choroba Alzheimera, Parkinsona, a nawet depresja.
Podział mózgu na mniejsze części może pomóc neurobiologom docenić, jak to działa jako całość. Jednak pojedyncze pomiary mogą okazać się niekompletne, dając mylący obraz mózgu i jego funkcji.
Mapowanie również niewiele wyjaśnia o fundamentalnej biochemii. Może również nie wyjaśnić roli małych grup lub nawet ważnych pojedynczych neuronów. Wraz z postępem technologicznym może być konieczne powtórzenie mapowania.
Poza różnicami strukturalnymi widocznymi na poziomie komórkowym możliwe jest zorganizowanie tkanek mózgu w oparciu o jego aktywność i wzajemne połączenia. Dzięki politycznemu i ekonomicznemu wsparciu projekt został przekształcony w szerszą inicjatywę BRAIN.
Finansowanie badań wspiera inicjatywę BRAIN
Rozwikłanie złożoności mózgu wymaga niemal bezprecedensowego poziomu współpracy w ramach społeczności naukowej, chęci do wspólnej pracy ponad podziałami geopolitycznymi oraz łączenia zasobów w ramach globalnego partnerstwa publiczno-prywatnego.
Pierwotnie nazwana Mapą Aktywności Mózgu, inicjatywa Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) została zapoczątkowana przez prezydenta Baracka Obamę w Stanach Zjednoczonych 2 kwietnia 2013 r.
Celem inicjatywy BRAIN jest mapowanie funkcji setek tysięcy neuronów jednocześnie, które działają z prędkością przelotnej myśli.
Przed dokonaniem przeglądu aspiracji tego projektu, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że Amerykanie nie są sami w tym przedsięwzięciu.
W rzeczywistości projekt BRAIN dołącza do innych światowych inicjatyw, które są częścią globalnego dążenia do pełniejszego zrozumienia wewnętrznego funkcjonowania mózgu. 19 września 2016 r. Na spotkaniu towarzyszącym Zgromadzeniu Ogólnemu ONZ zainaugurowano International Brain Initiative. National Sleep Foundation i National Institute of Health (NIH) w USA przeznaczyły środki na rozwój i wsparcie projektu.
Poza opracowaniem szczegółowego planu w celu ukierunkowania niezbędnych badań naukowych, w tym harmonogramów, kamieni milowych i szacunkowych kosztów, należy uzyskać i utrzymać wsparcie finansowe. Projekt Brain Mapping Project i szersza inicjatywa BRAIN zostały początkowo sfinansowane kwotą ponad 100 milionów dolarów i oczekuje się, że będzie kosztować miliardy dolarów w ciągu ponad dziesięciu lat.
Oprócz publicznych pieniędzy na badania, prywatne wysiłki w zakresie dynamicznego mapowania mózgu obejmowały:
- Allen Institute for Brain Science w Seattle (wydaje 60 milionów dolarów rocznie przez 4 lata)
- Howard Hughes Medical Institute w Wirginii (co najmniej 30 milionów dolarów rocznie)
- Fundacja Kavli w Oxnard w Kalifornii (wydaje 4 miliony dolarów rocznie przez dziesięć lat)
- Salk Institute for Biological Studies w San Diego (przeznaczenie 28 milionów dolarów na wysiłki)
Wspólna publiczno-prywatna inicjatywa badawcza ma ostatecznie na celu wspieranie rozwoju innowacyjnych technologii, które mogą stworzyć dynamiczne zrozumienie funkcji mózgu.
Kluczowe cele projektu BRAIN
Szerszą misją Inicjatywy BRAIN jest „pogłębienie zrozumienia wewnętrznego funkcjonowania ludzkiego umysłu i ulepszenie sposobu leczenia, zapobiegania i leczenia zaburzeń mózgu”. Aby to osiągnąć, należy opracować nową technologię, która pozwoli zbadać, w jaki sposób komórki i obwody mózgu oddziałują na siebie, ostatecznie ujawniając złożone powiązania między funkcjonowaniem i zachowaniem mózgu.
Jest kilka kluczowych celów tego projektu i są niezliczone sposoby ich realizacji w ciągu następnej dekady.
- Zaawansowana neurotechnologia: Wsparcie finansowe obiecujących badań doprowadzi do szybkiego rozwoju technologii, która nie tylko pomoże nam zrozumieć podstawy mózgu, ale także pomoże w diagnozowaniu i leczeniu zaburzeń, które go dotyczą. Innowacje, przełomy naukowe i rozwój urządzeń będą wymagały multidyscyplinarnych zespołów inżynierów i neuronaukowców.
- Ułatw dynamiczne obrazowanie: Jeśli obecne obrazowanie mózgu jest jak przeglądanie stosu fotografii, nowsza technologia wytworzy dynamiczne obrazy, takie jak oglądanie funkcji mózgu w czasie rzeczywistym. Technologia obrazowania musi być zaawansowana, aby wizualizować te funkcje w wyższej rozdzielczości w różnych skalach przestrzennych i czasowych.
- Poznaj funkcjonalność mózgu: Mózg nie jest statycznym organem; aktywnie rejestruje, przetwarza, przechowuje, pobiera i wykorzystuje ogromne ilości informacji niemal natychmiast. Aby zrozumieć tę zdolność, mózg musi być badany w czasie rzeczywistym za pomocą wielu potencjalnych modalności, z których wiele obecnie nie istnieje.
- Połącz zachowanie z funkcją: Zewnętrzna manifestacja funkcji mózgu jest obserwowana jako zachowanie. Bardziej skomplikowane są niezliczone sposoby zachowania się. Przy użyciu zaawansowanych modeli obliczeniowych może być możliwe rozwikłanie tych wzorców i pionierskich modeli w celu wzmocnienia pożądanych zachowań.
- Ulepsz aplikacje konsumenckie: Urządzenia medyczne, które oddziałują z tkanką mózgową, mogą mieć głęboki wpływ na nasze przyszłe życie, a regulacje muszą promować zdrowie i dobre samopoczucie konsumentów. W miarę postępów w tej dziedzinie kluczowe znaczenie ma udostępnianie tych technologii konsumentom z myślą o bezpieczeństwie i skuteczności.
Wady i zalety projektu mapowania mózgu
Może się wydawać, że w dziedzinie neuronauki istnieją nieograniczone możliwości i nieograniczony potencjał. W miarę pogłębiania wiedzy o mózgu zyskujemy głębokie zrozumienie tego, co to znaczy być człowiekiem. Jednak projekt Brain Mapping Project może mieć pewne potencjalne wady.
- Odpływ pieniędzy: Duży projekt, taki jak ten, może pochłaniać wsparcie finansowe i uwagę z innych wartościowych celów. To finansowanie może zostać nagle obcięte przez rząd lub agencje non-profit.
- Różne priorytety badawcze: Nie wszyscy naukowcy skupiają się na tym samym. Kiedy są zmuszeni szukać wsparcia finansowego, może to odciągnąć ich od swoich mocnych stron. Względy etyczne mogą również ograniczać współpracę, ponieważ nie wszyscy naukowcy będą uczestniczyć np. W badaniach naczelnych.
- Konflikt i brak konsensusu: W poszukiwaniu prawdy naukowej droga naprzód nie zawsze jest jasna. Silne osobowości w połączeniu z różnicami zdań mogą prowadzić do sprzecznych hipotez i priorytetów badawczych. Ten brak konsensusu wśród ekspertów może siać niezgodę.
- Ignorowanie wkładów z mniejszych krajów: Chociaż kraje uprzemysłowione mogą wnieść 300 milionów dolarów na badania, kraje rozwijające się mogą nie być w stanie w podobny sposób złożyć roszczenia w projekcie. Można to zrównoważyć poprzez dostarczenie pacjentów, organizmów modelowych i niedrogich technologii - ale tylko wtedy, gdy przy stole jest miejsce.
- Nauki podstawowe a technologia stosowana: Część wiedzy naukowej zdobywa się wyłącznie w szlachetnym celu, jakim jest rozwój wiedzy. Zachęty finansowe i możliwość stworzenia stosowanej technologii, która może być opłacalna, mogą zmienić punkt ciężkości przedsięwzięcia.
- Integracja istniejących zasobów: Ten projekt opiera się na wcześniejszych pracach i musi znaleźć sposób na zintegrowanie amerykańskiego projektu Human Connectome (skupiającego się na mapowaniu strukturalnych i funkcjonalnych połączeń mózgu), projektu Human Brain Unii Europejskiej (skupiającego się na podstawach nauki o funkcjonowaniu mózgu ) i kanadyjski program CBRAIN (skupiający się na tworzeniu technologii, które można zastosować w medycynie), wśród innych wcześniejszych działań.
Na szczęście jest wiele obietnic i powodów do nadziei, gdy ten projekt będzie kontynuowany. Mapowanie mózgu ostatecznie połączy wiele pomiarów, w tym:
- Grubość korowa
- Funkcja mózgu
- Łączność między regionami
- Organizacja topograficzna komórek
- Poziomy mieliny (izolacja tłuszczowa, która przyspiesza sygnalizację neuronową)
Zunifikowanie wysiłków badawczych, umożliwiając zespołom współpracę i wymianę informacji, w celu osiągnięcia określonych celów pod hasłem projektu mapowania mózgu, umożliwi znaczący postęp w neuronauce.
Słowo od Verywell
Projekt mapowania mózgu stanowi niezwykłe zaangażowanie w finansowanie postępu w naszym zrozumieniu korelacji między strukturami i funkcjami w mózgu. Potężne mikroskopy, zasoby superkomputerowe i uniwersalne narzędzia do mapowania mózgu pozwolą naukowcom przyspieszyć odkrycia. Te postępy mogą się okazać, że umożliwią poprawę zdrowia mózgu całej ludzkości, ale tylko pod warunkiem utrzymania finansowania i współpracy.