Turinys
- Kas yra smegenų kartografavimas?
- Tyrimų finansavimas remia BRAIN iniciatyvą
- Pagrindiniai BRAIN projekto tikslai
- Smegenų kartografavimo projekto privalumai ir trūkumai
Kas yra smegenų kartografavimas?
Trumpam stabtelėkite, kad apsvarstytumėte smegenis. Jame gali būti 100 milijardų ląstelių. Kiekviena ląstelė, vadinama neuronu, gali prisijungti prie dešimčių tūkstančių kitų smegenų ląstelių.
Šie tinklai palaiko neatsiejamas mūsų gyvenimo funkcijas. Be net minimaliai veikiančių smegenų dauguma sutiktų, nėra prasmingo gyvenimo. Mokslas bandė apšviesti šį gyvybiškai svarbiausią mūsų organą.
Smegenų kartografavimo istorija
Suprasti smegenis ne kaip vientisą, vienodą organą, bet kaip susidedantį iš atskirų regionų yra sąvoka, egzistuojanti daugiau nei 100 metų. 1909 m. Korbinianas Brodmannas parašė straipsnį, kuriame aprašė smegenų žievės žemėlapį, padalydamas smegenų paviršių į 43 sritis. Šiuos regionus jis išskyrė remdamasis plonai supjaustyto smegenų audinio pavyzdžiais, rodančiais skirtingus ląstelių kūno dažymo modelius. Ląstelių architektūra galėtų būti naudojama padalinti smegenis į atskiras sritis.
Brodmanno bandymai turėjo didžiulę įtaką. Anatominė struktūra buvo koreliuojama su smegenų funkcija. Tai leido sukurti sistemą, kuri bandė susieti žalą su konkrečiomis struktūromis ir nuolatiniu funkcijos praradimu. Jo pradinis žemėlapis vis dar padeda neuromokslininkams lokalizuoti smegenų vaizdavimo rezultatus, kuriuos galima gauti insulto, trauminio sužalojimo ar naviko metu.
Smegenų kartografavimas šiandien
Kaip kiti žemėlapiai laikui bėgant gali būti tobulinami, tolesnis darbas išplėtė mūsų supratimą apie smegenų audinių topografinę organizaciją. „Smegenų veiklos žemėlapio“ projektas buvo sukurtas siekiant skatinti tokią pažangą. Šis projektas buvo populiarus konferencijoje, kurią organizavo Miyoungas Chunas iš „The Kavli Foundation“ Londone 2011 m. Rugsėjo mėn.
Mokslininkai toliau skatino smegenų struktūros supratimą.
2016 m. Smegenys buvo toliau suskirstytos į 180 atskirų siuntinių, rodančių aiškius struktūros, funkcijos ir ryšio skirtumus - pirmą kartą aprašytos 97 įtrauktos sritys.
Šie naujesni žemėlapiai sudaromi naudojant magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) metodus, įskaitant funkcinį MRT (fMRI), kurie matuoja kraujo srautą, reaguodami į įvairias (labai specifines) psichines užduotis.
Šio tipo žemėlapiai apima lėtą judėjimą smegenų paviršiumi, kol pastebimi reikšmingi dviejų ar daugiau nepriklausomų savybių pokyčiai, padedantys žemėlapyje apibrėžti sienas. Nors sričių skaičius gali būti vienodas, dydžiai skiriasi. Šie skirtumai gali reikšmingai atskirti pažinimo ir kūrybinius gebėjimus, taip pat galimą su smegenimis susijusių ligų, tokių kaip Alzheimerio, Parkinsono ir net depresijos, riziką.
Smegenų padalijimas į mažesnius gabalus gali padėti neuromokslininkams įvertinti, kaip jos veikia kaip visuma. Tačiau pavieniai matavimai gali būti neišsamūs, pateikiant klaidinantį smegenų ir jų funkcijos vaizdą.
Žemėlapis taip pat mažai paaiškina apie pagrindinę biochemiją. Taip pat gali nepavykti išaiškinti mažų ar net svarbių pavienių neuronų grupių vaidmens. Tobulėjant technologijoms, gali prireikti kartoti pastangas.
Be struktūrinių skirtumų, akivaizdžių ląstelių lygmeniu, gali būti įmanoma organizuoti smegenų audinius pagal jų aktyvumą ir tarpusavio ryšius. Gavus politinę ir ekonominę paramą, šis projektas buvo sujungtas į platesnę BRAIN iniciatyvą.
Tyrimų finansavimas remia BRAIN iniciatyvą
Norint išsiaiškinti smegenų sudėtingumą, reikia beveik precedento neturinčio mokslo bendruomenės bendradarbiavimo lygio, noro dirbti kartu per geopolitinius skirtumus ir sutelkti išteklius pasaulinėje viešojo ir privataus sektoriaus partnerystėje.
Iš pradžių „Smegenų veiklos žemėlapiu“ pavadintą „Smegenų tyrimą skatinant novatoriškų neurotechnologijų (BRAIN) iniciatyvą“ JAV prezidentas Barackas Obama pradėjo 2013 m. Balandžio 2 d.
„BRAIN Initiative“ siekia vienu metu nustatyti šimtų tūkstančių neuronų funkciją, nes jie veikia greitai praeinančios minties greičiu.
Prieš peržiūrint šio projekto siekius, svarbu pripažinti, kad amerikiečiai stengiasi ne vieni.
Tiesą sakant, „BRAIN“ projektas prisijungia prie kitų pasaulinių iniciatyvų, kurios yra pasaulinio postūmio dalis siekiant geriau suprasti vidinį smegenų darbą. 2016 m. Rugsėjo 19 d. Per Jungtinių Tautų Generalinę asamblėją vykusiame susitikime buvo pradėta tarptautinė smegenų iniciatyva. JAV Nacionalinis miego fondas ir Nacionalinis sveikatos institutas (NIH) skyrė išteklius projektui plėtoti ir paremti.
Be to, kad būtų parengtas ir išlaikytas išsamus planas, kuriame būtų nurodomi būtini moksliniai tyrimai, įskaitant tvarkaraščius, gaires ir numatomas išlaidas, turi būti finansinė parama. „Smegenų kartografavimo projektas“ ir platesnė „BRAIN Initiative“ iš pradžių buvo finansuojami iš daugiau nei 100 milijonų dolerių ir tikimasi, kad per daugiau nei dešimtmetį tai kainuos milijardus dolerių.
Be viešųjų mokslinių tyrimų lėšų, privačios pastangos siekiant dinamiško smegenų žemėlapio sudarymo:
- Alleno smegenų mokslo institutas Sietle (kasmet per 4 metus išleidžiama 60 mln. USD)
- Howardo Hugheso medicinos institutas Virdžinijoje (kasmet išleidžiama mažiausiai 30 mln. USD)
- Kavli fondas Oksnarde, Kalifornijoje (kasmet dešimt metų išleidžia 4 mln. USD)
- Salko biologinių tyrimų institutas San Diege (skiria pastangoms 28 mln. USD)
Bendros, viešojo ir privataus sektoriaus mokslinių tyrimų iniciatyvos tikslas galiausiai yra remti novatoriškų technologijų, galinčių sukurti dinamišką smegenų funkcijos supratimą, plėtrą.
Pagrindiniai BRAIN projekto tikslai
Platesnė BRAIN iniciatyvos misija yra „pagilinti supratimą apie vidinį žmogaus proto veikimą ir pagerinti tai, kaip mes gydome, užkertame kelią ir gydome smegenų sutrikimus“. Norėdami tai pasiekti, reikia sukurti naują technologiją, siekiant ištirti, kaip sąveikauja smegenų ląstelės ir grandinės, galų gale atskleidžiant kompleksinius ryšius tarp smegenų funkcijos ir elgesio.
Yra keli pagrindiniai šio projekto tikslai ir yra begalė būdų, kaip tai gali būti realizuota per ateinantį dešimtmetį.
- Išplėstinė neurotechnologija: Finansinė perspektyvių tyrimų parama padės sparčiai plėtoti technologijas, kurios ne tik padės mums suprasti smegenų pagrindus, bet ir kaip diagnozuoti bei gydyti joms įtakos turinčius sutrikimus. Naujovėms, mokslo laimėjimams ir prietaisų tobulinimui reikės daugiadisciplininių inžinierių ir neuromokslininkų komandų.
- Palengvinkite dinaminį vaizdą: Jei dabartinis smegenų vaizdas yra panašus į šūsnį nuotraukų, naujesnė technologija sukuria dinamiškus vaizdus, pavyzdžiui, stebint smegenų funkciją realiuoju laiku. Vaizdo technologija turi būti pažengusi, kad šias funkcijas būtų galima vizualizuoti didesne skiriamąja geba skirtingose erdvės ir laiko skalėse.
- Naršykite smegenų funkcionalumą: Smegenys nėra statinis organas; jis aktyviai beveik akimirksniu įrašo, apdoroja, kaupia, atgauna ir naudoja didžiulį kiekį informacijos. Norint suprasti šį pajėgumą, smegenys turi būti tiriamos realiuoju laiku, naudojant daugybę galimų būdų, kurių daugelio šiuo metu nėra.
- Susieti elgesį su funkcija: Išorinė smegenų funkcijos apraiška stebima kaip elgesys. Sudėtingesnė yra begalė būdų, kaip galima pastebėti, kaip kažkas elgiasi. Naudojant pažangius skaičiavimo modelius, gali būti įmanoma atskleisti šiuos modelius ir pradinius modelius, kad sustiprintumėte norimą elgesį.
- Patobulinkite vartotojų programas: Su smegenų audiniu sąveikaujantys medicinos prietaisai gali stipriai paveikti mūsų būsimą gyvenimą, o reguliavimas turi skatinti vartotojų sveikatą ir gerovę. Progresuojant šioms sritims labai svarbu šias technologijas pristatyti vartotojams, atsižvelgiant į saugumą ir efektyvumą.
Smegenų kartografavimo projekto privalumai ir trūkumai
Gali atrodyti, kad neuromokslų srityje yra neribotos galimybės ir beribis potencialas. Tobulindami žinias apie smegenis, įgauname artimą supratimą apie tai, ką reiškia būti žmogumi. Tačiau smegenų kartografavimo projektas gali turėti tam tikrų galimų trūkumų.
- Pinigų nutekėjimas: Toks didelis projektas kaip finansinė parama ir dėmesys gali sukelti kitų vertų priežasčių. Šį finansavimą gali staiga sumažinti vyriausybės ar ne pelno agentūros.
- Skirtingi tyrimų prioritetai: Ne visi mokslininkai turi vienodą dėmesį. Kai jie yra priversti ieškoti finansinės paramos, tai gali juos atitraukti nuo stipriųjų pusių. Etiniai sumetimai taip pat gali apriboti bendradarbiavimą, nes, pavyzdžiui, ne visi mokslininkai dalyvaus primatų tyrimuose.
- Konfliktas ir sutarimo nebuvimas: Ieškant mokslinės tiesos, kelias į priekį ne visada aiškus. Stiprios asmenybės kartu su nuomonių skirtumais gali sukelti prieštaringas hipotezes ir tyrimų prioritetus. Šis ekspertų sutarimo nebuvimas gali sieti nesantaiką.
- Nepaisoma mažesnių šalių indėlių: Nors pramoninės šalys gali skirti 300 milijonų dolerių mokslinių tyrimų finansavimui, besivystančios šalys gali negalėti panašiai pareikšti pretenzijų į projektą. Tai gali atsverti prisidedantys pacientai, pavyzdiniai organizmai ir prieinamos technologijos, tačiau tik tuo atveju, jei prie stalo siūloma vieta.
- Pagrindinis mokslas ir taikomoji technologija: Kai kurios mokslinės žinios įgyjamos tik kilniu tikslu pažinti žinias. Finansinės paskatos ir galimybė sukurti taikomąją technologiją, kuri gali būti pelninga, gali sutelkti dėmesį į šią veiklą.
- Esamų išteklių integravimas: Šis projektas remiasi ankstesniu darbu ir turi rasti būdą, kaip integruoti JAV žmogaus jungties projektą (daugiausia dėmesio skiriant smegenų struktūrinių ir funkcinių ryšių žemėlapiui), Europos Sąjungos žmogaus smegenų projektą (daugiausia dėmesio skiriant pagrindiniam mokslui, kaip veikia smegenys). ) ir Kanados CBRAIN programą (daugiausia dėmesio skiriant medicinai pritaikomų technologijų kūrimui), be kitų ankstesnių pastangų.
Laimei, tęsiant šį projektą yra daugybė pažadų ir vilties. Smegenų kartografavimas galiausiai apims kelis matavimus, įskaitant:
- Žievės storis
- Smegenų funkcija
- Ryšiai tarp regionų
- Ląstelių topografinis organizavimas
- Mielino lygis (riebalų izoliacija, pagreitinanti nervų signalizaciją)
Suvienodinus mokslinių tyrimų pastangas, leidžiant komandoms bendradarbiauti ir keistis informacija, siekiant konkrečių tikslų pagal „Smegenų kartografavimo“ projektą, bus galima žymiai pažengti neuromoksluose.
Žodis iš „Wellwell“
„Smegenų kartografavimo projektas“ yra puikus įsipareigojimas finansuoti pažangą suprantant smegenų struktūrų ir funkcijų sąsają. Galingi mikroskopai, superkompiuterijos ištekliai ir universalūs smegenų kartografavimo įrankiai leis mokslininkams paspartinti atradimus. Šie laimėjimai gali padėti pagerinti smegenų sveikatą visai žmonijai, tačiau tik tuo atveju, jei bus išlaikytas finansavimas ir bendradarbiavimas.