Vsebina
- Kaj je preslikava možganov?
- Financiranje raziskav podpira pobudo BRAIN
- Ključni cilji projekta BRAIN
- Prednosti in slabosti projekta Mapiranje možganov
Kaj je preslikava možganov?
Za trenutek se ustavite, da razmislite o možganih. Vsebuje lahko 100 milijard celic. Vsaka celica, imenovana nevron, se lahko poveže z več deset tisoč drugimi možganskimi celicami.
Ta omrežja podpirajo funkcije, ki so bistvene za naše življenje. Brez celo minimalno delujočih možganov bi večina privolila, ni smiselnega življenja. Znanost je poskušala osvetliti ta najpomembnejši organ.
Zgodovina kartiranja možganov
Razumevanje možganov ne kot enotnega, enotnega organa, temveč kot sestavljenega iz ločenih regij je koncept, ki obstaja že več kot 100 let. Leta 1909 je Korbinian Brodmann napisal članek, v katerem je opisal zemljevid možganske skorje in površino možganov razdelil na 43 območij. Ločil je te regije na podlagi vzorcev tanko rezanega možganskega tkiva, ki so pokazali različne vzorce obarvanja celičnega telesa. Arhitekturo celic bi lahko uporabili za razdelitev možganov na različna področja.
Poskusi Brodmanna so bili zelo vplivni. Edinstveno je bilo povezati anatomsko strukturo z možgansko funkcijo. Omogočil je razvoj okvira, ki je poskušal povezati škodo na določenih strukturah z dosledno izgubo funkcije. Njegov začetni zemljevid še vedno pomaga nevroznanstvenikom lokalizirati ugotovitve na slikanju možganov, kar bi lahko dobili pri možganski kapi, travmatični poškodbi ali tumorju.
Kartiranje možganov danes
Tako kot se lahko sčasoma dodelajo tudi drugi zemljevidi, je nadaljnje delo razširilo naše razumevanje topografske organizacije možganskih tkiv. Projekt Zemljevid možganskih dejavnosti je bil ustvarjen za spodbujanje takšnih napredkov. Ta projekt je bil podprt na konferenci, ki jo je septembra 2011 v Londonu organiziral Miyoung Chun iz fundacije Kavli.
Znanstveniki so še naprej pospeševali razumevanje možganske strukture.
Leta 2016 so bili možgani nadalje razdeljeni na 180 ločenih paketov, ki kažejo jasne razlike v strukturi, funkciji in povezljivosti - prvič so bila opisana 97 področij.
Ti novejši zemljevidi so izdelani z uporabo tehnik slikanja z magnetno resonanco (MRI), vključno s funkcionalnim MRI (fMRI), ki meri pretok krvi kot odziv na različne (zelo specifične) miselne naloge.
Ta vrsta preslikave vključuje počasno premikanje po možganski površini, dokler se v dveh ali več neodvisnih lastnostih ne opazijo pomembne spremembe, ki pomagajo določiti meje na zemljevidu. Čeprav je število območij dosledno, se velikosti od posameznika do posameznika razlikujejo. Te razlike lahko pomembno ločijo kognitivne in ustvarjalne sposobnosti ter potencialno tveganje za možganske bolezni, kot so Alzheimerjeva, Parkinsonova in celo depresija.
Razdelitev možganov na manjše koščke lahko nevroznanstvenikom pomaga razumeti, kako delujejo kot celota. Vendar se lahko posamezne meritve izkažejo za nepopolne, kar daje zavajajoč pogled na možgane in njihovo delovanje.
Kartiranje tudi malo pojasnjuje biokemijo, ki je temeljna. Prav tako morda ne bo razjasnil vloge majhnih skupin ali celo pomembnih posameznih nevronov. Ko bo tehnologija napredovala, bodo morda potrebni ponovljeni preskusi.
Poleg strukturnih razlik, ki so očitne na celični ravni, je mogoče možganska tkiva organizirati na podlagi njihove aktivnosti in medsebojnih povezav. S politično in ekonomsko podporo je bil ta projekt združen v širšo pobudo BRAIN.
Financiranje raziskav podpira pobudo BRAIN
Razkritje zapletenosti možganov zahteva skoraj doslej neprimerljivo raven sodelovanja znotraj znanstvene skupnosti, pripravljenost za skupno sodelovanje prek geopolitičnih razkolov in združevanje virov v globalnem javno-zasebnem partnerstvu.
Prvotno poimenovan Zemljevid možganske dejavnosti je pobudo za raziskovanje možganov s pomočjo inovativnih nevrotehnologij (BRAIN) 2. aprila 2013 v Združenih državah Amerike sprožil predsednik Barack Obama.
Pobuda BRAIN si prizadeva za istočasno preslikati delovanje več sto tisoč nevronov, saj delujejo s hitrostjo minljive misli.
Preden preučimo prizadevanja tega projekta, je pomembno spoznati, da Američani v tem prizadevanju niso sami.
Dejansko se projekt BRAIN pridružuje drugim svetovnim pobudam, ki so del globalnega prizadevanja za boljše razumevanje notranjega delovanja možganov. 19. septembra 2016 se je na sestanku, ki je spremljal Generalno skupščino Združenih narodov, začela Mednarodna pobuda za možgane. Nacionalna fundacija za spanje in Nacionalni inštitut za zdravje (NIH) v ZDA sta namenili sredstva za razvoj in podporo projektu.
Poleg razvoja podrobnega načrta za usmerjanje potrebnih znanstvenih raziskav, vključno z urniki, mejniki in ocenjenimi stroški, je treba pridobiti in vzdrževati finančno podporo. Projekt oblikovanja možganov in širša pobuda BRAIN sta bila sprva financirana z več kot 100 milijoni dolarjev, v dobrem desetletju pa naj bi stala milijarde dolarjev.
Zasebna prizadevanja pri dinamičnem kartiranju možganov poleg javnih denarnih raziskav vključujejo:
- Allenov inštitut za možgansko znanost v Seattlu (letno porabi 60 milijonov USD v štirih letih)
- Medicinski inštitut Howarda Hughesa v Virginiji (letno porabi vsaj 30 milijonov dolarjev)
- Fundacija Kavli v Oxnardu v Kaliforniji (deset let letno porabi 4 milijone dolarjev)
- Inštitut za biološke študije Salk v San Diegu (za prizadevanja namenil 28 milijonov USD)
Cilj skupne javno-zasebne raziskovalne pobude je podpreti razvoj inovativnih tehnologij, ki lahko ustvarijo dinamično razumevanje možganske funkcije.
Ključni cilji projekta BRAIN
Širše poslanstvo pobude BRAIN je "poglobiti razumevanje notranjega delovanja človeškega uma in izboljšati način zdravljenja, preprečevanja in zdravljenja motenj v možganih." Da bi to dosegli, je treba razviti novo tehnologijo za raziskovanje medsebojnega delovanja možganskih celic in vezij, ki na koncu razkrije zapletene povezave med delovanjem možganov in vedenjem.
Ta projekt ima več ključnih ciljev in obstaja nešteto načinov, kako bi jih lahko uresničili v naslednjem desetletju.
- Napredna nevrotehnologija: Finančna podpora obetavnim raziskavam bo privedla do hitrega razvoja tehnologije, ki nam ne pomaga le razumeti podlage možganov, temveč tudi, kako diagnosticirati in zdraviti motnje, ki vplivajo nanje. Za inovacije, znanstvene dosežke in napredovanje naprav bodo potrebne multidisciplinarne skupine inženirjev in nevroznanstvenikov.
- Olajšajte dinamično slikanje: Če je trenutno slikanje možganov podobno listanju svežnja fotografij, bo novejša tehnologija ustvarila dinamične slike, kot je gledanje možganske funkcije v realnem času. Slikovno tehnologijo je treba izpopolniti, da lahko te funkcije prikazujemo v višji ločljivosti v različnih prostorskih in časovnih lestvicah.
- Raziščite možganske funkcije: Možgani niso statični organ; aktivno beleži, obdeluje, shranjuje, pridobiva in skoraj v trenutku uporablja ogromne količine informacij. Da bi razumeli to sposobnost, je treba možgane v realnem času raziskati z več možnimi načini, od katerih mnogi trenutno ne obstajajo.
- Poveži vedenje s funkcijo: Zunanjo manifestacijo delovanja možganov opazujemo kot vedenje. Bolj zapleteno je nešteto načinov, kako je mogoče opaziti, kako se nekdo vede. Z uporabo naprednih računskih modelov bo mogoče te vzorce in pionirske modele razvozlati za izboljšanje želenega vedenja.
- Izboljšajte potrošniške aplikacije: Medicinski pripomočki, ki vplivajo na možgansko tkivo, lahko močno vplivajo na naše prihodnje življenje, predpisi pa morajo spodbujati zdravje in dobro počutje potrošnikov. Prinašanje teh tehnologij potrošnikom z namenom varnosti in učinkovitosti je ključnega pomena pri napredku na terenu.
Prednosti in slabosti projekta Mapiranje možganov
Morda se zdi, da so na področju nevroznanosti neomejene možnosti in neomejen potencial. Ko izpopolnjujemo znanje o možganih, natančno razumemo, kaj pomeni biti človek. Vendar ima lahko projekt oblikovanja možganov nekaj potencialnih pomanjkljivosti.
- Odtok denarja: Velik projekt, kot je ta, lahko odvzame finančno podporo in pozornost iz drugih vrednih razlogov. To financiranje bi lahko nenadoma zmanjšale vlada ali neprofitne agencije.
- Različne raziskovalne prednostne naloge: Vsi znanstveniki se ne osredotočajo enako. Ko so prisiljeni iskati finančno podporo, jih to lahko odvrne od moči. Etični razlogi lahko tudi omejujejo sodelovanje, saj na primer vsi znanstveniki ne bodo sodelovali pri raziskavah primatov.
- Konflikt in pomanjkanje soglasja: Pri iskanju znanstvene resnice pot naprej ni vedno jasna. Močne osebnosti v kombinaciji z različnimi mnenji lahko vodijo do nasprotujočih si hipotez in raziskovalnih prioritet. Pomanjkanje soglasja med strokovnjaki lahko povzroči neskladje.
- Neupoštevanje prispevkov iz manjših držav: Čeprav lahko industrializirane države prispevajo 300 milijonov dolarjev za financiranje raziskav, države v razvoju morda ne bodo mogle podobno vložiti zahtevka v projekt. To lahko uravnotežijo bolniki, ki prispevajo k temu, vzorčni organizmi in dostopne tehnologije, vendar le, če je za mizo na voljo sedež.
- Temeljna znanost v primerjavi z uporabno tehnologijo: Nekatera znanstvena spoznanja so pridobljena izključno s plemenitim ciljem za napredovanje znanja. Finančne spodbude in sposobnost ustvarjanja uporabne tehnologije, ki je lahko donosna, lahko usmerita pozornost v prizadevanja.
- Vključevanje obstoječih virov: Ta projekt temelji na predhodnem delu in mora najti način za vključitev ameriškega projekta Human Connectome (s poudarkom na kartiranju strukturnih in funkcionalnih povezav možganov), projekta Evropske unije za človeške možgane (s poudarkom na osnovni znanosti o delovanju možganov ) in kanadski program CBRAIN (s poudarkom na ustvarjanju tehnologij, ki jih je mogoče uporabiti v medicini), med drugimi predhodnimi prizadevanji.
Na srečo obstaja veliko obljub in razlogov za upanje, saj se ta projekt nadaljuje. Kartografija možganov bo sčasoma vključila več meritev, vključno z:
- Kortikalna debelina
- Možganska funkcija
- Povezljivost med regijami
- Topografska organizacija celic
- Ravni mielina (maščobna izolacija, ki pospeši živčno signalizacijo)
Poenotenje raziskovalnih prizadevanj, ki skupinam omogočajo sodelovanje in izmenjavo informacij za zasledovanje posebnih ciljev pod zastavo projekta Mapiranje možganov, bo omogočilo znaten napredek v nevroznanosti.
Beseda iz zelo dobrega
Projekt oblikovanja možganov predstavlja izjemno zavezanost financiranju napredka pri našem razumevanju korelacije med strukturami in funkcijami v možganih. Zmogljivi mikroskopi, superračunalniški viri in univerzalna orodja za preslikavo možganov bodo znanstvenikom omogočili pospešitev odkrivanja. Izkazalo se je, da ti napredki omogočajo izboljšanje zdravja možganov za vse človeštvo, vendar le, če se financiranje in sodelovanje ohranjata.