Съдържание
- Какво е картографиране на мозъка?
- Финансирането на научните изследвания подкрепя инициативата BRAIN
- Основни цели на проекта BRAIN
- Плюсовете и минусите на проекта за картографиране на мозъка
Какво е картографиране на мозъка?
Постанете за момент, за да разгледате мозъка. Може да съдържа 100 милиарда клетки. Всяка клетка, наречена неврон, може да се свърже с десетки хиляди други мозъчни клетки.
Тези мрежи поддържат функции, които са неразделна част от живота ни. Без дори минимално функциониращ мозък, повечето биха се съгласили, няма смислен живот. Науката се опита да освети този най-жизненоважен от нашите органи.
Историята на картографирането на мозъка
Разбирането на мозъка не като единичен, еднороден орган, а като изграден от отделни региони е концепция, която съществува повече от 100 години. През 1909 г. Корбиниан Бродман пише статия, описваща карта на мозъчната кора, разделяща мозъчната повърхност на 43 области. Той отдели тези региони въз основа на образци от тънко нарязана мозъчна тъкан, демонстриращи различни модели на оцветяване на клетъчно тяло. Архитектурата на клетките може да се използва за разделяне на мозъка на отделни области.
Опитите на Бродман бяха изключително влиятелни. Да се свърже анатомичната структура с мозъчната функция беше уникално. Той позволи да се разработи рамка, която се опитва да свърже щетите с конкретни структури с постоянна загуба на функция. Първоначалната му карта все още помага на невролозите да локализират находките в изображенията на мозъка, както може да се получи при инсулт, травматично увреждане или тумор.
Картиране на мозъка днес
Точно както други карти могат да бъдат усъвършенствани с течение на времето, по-нататъшната работа разшири нашето разбиране за топографската организация на мозъчните тъкани. Проектът „Карта на мозъчната дейност“ е създаден с цел насърчаване на подобрения. Този проект беше подкрепен на конференция, организирана от Miyoung Chun от фондацията Kavli в Лондон през септември 2011 г.
Учените продължават да усъвършенстват разбирането за структурата на мозъка.
През 2016 г. мозъкът беше допълнително разделен на 180 отделни парцела, показващи ясни разлики в структурата, функцията и свързаността - 97 включени области бяха описани за първи път.
Тези по-нови карти са изградени с използване на техники за ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), включително функционален ЯМР (fMRI), които измерват притока на кръв в отговор на различни (много специфични) умствени задачи.
Този тип картографиране включва бавно придвижване през повърхността на мозъка, докато се забележат значителни промени в две или повече независими свойства, което помага да се очертаят границите на картата. Въпреки че броят на областите може да бъде постоянен, размерите варират в зависимост от индивида. Тези разлики могат да разграничат по същество когнитивните и творческите способности, както и потенциалния риск от заболявания, свързани с мозъка като Алцхаймер, Паркинсон и дори депресия.
Разделянето на мозъка на по-малки парчета може да помогне на невролозите да оценят как работи като цяло. Единичните измервания обаче могат да се окажат непълни, осигурявайки подвеждащ поглед върху мозъка и неговата функция.
Картографирането също обяснява малко за биохимията, която е основополагаща. Той може също да не изясни ролята на малки групи или дори важни единични неврони. С напредването на технологията може да са необходими усилия за повторно картографиране.
Освен структурните различия, очевидни на клетъчно ниво, може да е възможно да се организират мозъчните тъкани въз основа на неговата активност и взаимовръзки. С политическа и икономическа подкрепа този проект беше включен в по-широка инициатива BRAIN.
Финансирането на научните изследвания подкрепя инициативата BRAIN
Разкриването на сложността на мозъка изисква почти безпрецедентно ниво на сътрудничество в рамките на научната общност, готовност за съвместна работа при геополитически разделения и обединяване на ресурси в глобално публично-частно партньорство.
Първоначално наречена Карта на мозъчната активност, Инициативата за мозъчни изследвания чрез напредък в иновативните невротехнологии (BRAIN) е стартирана от президента Барак Обама в САЩ на 2 април 2013 г.
Инициативата BRAIN се стреми да картографира функцията на стотици хиляди неврони едновременно, тъй като те функционират със скоростта на мимолетна мисъл.
Преди да разгледаме стремежите на този проект, е важно да признаем, че американците не са сами в това начинание.
Всъщност проектът BRAIN се присъединява към други световни инициативи, които са част от глобален тласък за по-пълно разбиране на вътрешната работа на мозъка. На 19 септември 2016 г. Международната мозъчна инициатива стартира на среща, придружаваща Общото събрание на ООН. Националната фондация за сън и Националният здравен институт (NIH) в САЩ са отделили ресурси за разработване и подкрепа на проекта.
Освен разработването на подробен план за насочване на необходимите научни изследвания, включително графици, етапи и прогнозни разходи, финансовата подкрепа трябва да бъде придобита и поддържана. Проектът за картографиране на мозъка и по-широката инициатива BRAIN първоначално бяха финансирани с над 100 милиона долара и се очаква да струват милиарди долари за повече от десетилетие.
Освен публичните пари от научни изследвания, частните усилия в динамичното картографиране на мозъка включват:
- Институт за наука за мозъка Алън в Сиатъл (харчи 60 милиона долара годишно в продължение на 4 години)
- Медицински институт на Хауърд Хюз във Вирджиния (харчи поне 30 милиона долара годишно)
- Фондация Кавли в Окснард, Калифорния (харчи 4 милиона долара годишно в продължение на десет години)
- Институт за биологични изследвания Salk в Сан Диего (залага 28 милиона долара за усилия)
Съвместната публично-частна изследователска инициатива в крайна сметка има за цел да подпомогне развитието на иновативни технологии, които могат да създадат динамично разбиране за мозъчната функция.
Основни цели на проекта BRAIN
По-широката мисия на инициативата BRAIN е „да задълбочи разбирането за вътрешното функциониране на човешкия ум и да подобри начина, по който лекуваме, предотвратяваме и лекуваме нарушения на мозъка“. За да се постигне това, трябва да се разработи нова технология, която да изследва как мозъчните клетки и вериги си взаимодействат, като в крайна сметка разкрива сложните връзки между мозъчната функция и поведението.
Има няколко ключови цели на този проект и има безброй начини те да бъдат реализирани през следващото десетилетие.
- Авансови невротехнологии: Финансовата подкрепа на обещаващи изследвания ще доведе до бързо развитие на технологията, която не само ни помага да разберем основите на мозъка, но и как да диагностицираме и лекуваме разстройства, които го засягат. Иновациите, научните пробиви и усъвършенстването на устройствата ще изискват мултидисциплинарни екипи от инженери и невролози.
- Улесняват динамичното изобразяване: Ако текущото изобразяване на мозъка е като прелистване на купчина снимки, по-новите технологии ще създадат динамични изображения, като гледане на мозъчна функция в реално време. Технологията за изображения трябва да бъде усъвършенствана, за да визуализира тези функции с по-висока разделителна способност в различни пространствени и времеви скали.
- Изследвайте мозъчната функционалност: Мозъкът не е статичен орган; той активно записва, обработва, съхранява, извлича и използва огромно количество информация почти мигновено. За да разбере този капацитет, мозъкът трябва да бъде изследван в реално време с множество потенциални модалности, много от които в момента не съществуват.
- Свържете поведението към функцията: Външната проява на мозъчната функция се наблюдава като поведение. По-сложното е безбройните начини, по които някой може да бъде забелязан да се държи. С използването на усъвършенствани изчислителни модели може да е възможно да се разгадаят тези модели и пионерски модели за подобряване на желаното поведение.
- Подобрете потребителските приложения: Медицинските изделия, които взаимодействат с мозъчната тъкан, могат да повлияят дълбоко на бъдещия ни живот и регулирането трябва да насърчава здравето и благосъстоянието на потребителите. Довеждането на тези технологии до потребителите с поглед както към безопасността, така и към ефективността е от ключово значение с напредването на полето.
Плюсовете и минусите на проекта за картографиране на мозъка
Може да изглежда, че в областта на неврологията има неограничени възможности и безграничен потенциал. С напредването на знанията за мозъка, ние придобиваме интимно разбиране за това какво означава да бъдеш човек. Проектът за картиране на мозъка обаче може да има някои потенциални недостатъци.
- Изтичане на пари: Голям проект като този може да привлече финансова подкрепа и внимание от други достойни каузи. Това финансиране може внезапно да бъде намалено от правителствени агенции или агенции с нестопанска цел.
- Различни научни приоритети: Не всички учени имат еднакъв фокус. Когато са принудени да търсят финансова подкрепа, това може да ги отдалечи от силните им страни. Етичните съображения също могат да ограничат сътрудничеството, тъй като не всички учени ще участват в изследвания на примати, например.
- Конфликт и липса на консенсус: При търсене на научна истина пътят напред не винаги е ясен. Силните личности, съчетани с различия в мненията, могат да доведат до противоречиви хипотези и изследователски приоритети. Тази липса на консенсус сред експертите може да породи раздори.
- Пренебрегване на вноски от по-малки държави: Въпреки че индустриализираните страни могат да внесат 300 милиона щатски долара за финансиране на научни изследвания, развиващите се страни може да не са в състояние да заявят по същия начин иск в проекта. Това може да бъде уравновесено чрез допринасяне на пациенти, модели на организми и достъпни технологии, но само ако има място, предлагано на масата.
- Основна наука срещу приложна технология: Някои научни знания се придобиват единствено с благородната цел да се усъвършенстват знанията. Финансовите стимули и способността да се създаде приложна технология, която може да бъде печеливша, може да насочи вниманието към начинанието.
- Интегриране на съществуващи ресурси: Този проект се основава на предишна работа и трябва да намери начин да интегрира американския проект Human Connectome (фокусиращ се върху картографиране на структурните и функционални връзки на мозъка), проекта за човешки мозък на Европейския съюз (фокусиран върху основната наука за това как работи мозъкът ) и канадската програма CBRAIN (фокусирана върху създаването на технологии, които могат да бъдат приложени към медицината), наред с други предходни усилия.
За щастие има много обещания и причини за надежда, тъй като този проект продължава. Картографирането на мозъка в крайна сметка ще интегрира множество измервания, включително:
- Дебелина на кората
- Мозъчна функция
- Свързаност между регионите
- Топографска организация на клетките
- Нива на миелин (мастна изолация, която ускорява нервната сигнализация)
Обединяването на изследователските усилия, позволявайки на екипите да си сътрудничат и обменят информация, да преследват конкретни цели под знамето на проекта за картографиране на мозъка, ще позволи значителен напредък в неврологията.
Дума от Verywell
Проектът за картографиране на мозъка представлява забележителен ангажимент за финансиране на напредъка в нашето разбиране на корелацията между структурите и функциите в мозъка. Мощните микроскопи, суперкомпютърни ресурси и универсални инструменти за картографиране на мозъка ще позволят на учените да ускорят откритията. Може да се окаже, че този напредък може да подобри здравето на мозъка за цялото човечество, но само ако се запазят финансирането и сътрудничеството.