Зміст
- Що таке картографування мозку?
- Фінансування досліджень підтримує ініціативу BRAIN
- Основні цілі проекту BRAIN
- Плюси та мінуси проекту створення карти мозку
Що таке картографування мозку?
Зробіть на хвилинку паузу, щоб розглянути мозок. Він може містити 100 мільярдів клітин. Кожна клітина, яка називається нейроном, може з'єднуватися з десятками тисяч інших клітин мозку.
Ці мережі підтримують функції, які є невід’ємними частинами нашого життя. Без навіть мінімально функціонуючого мозку, більшість погодиться, немає осмисленого життя. Наука намагалася висвітлити цей найважливіший з наших органів.
Історія картографування мозку
Розуміння мозку не як єдиного, однорідного органу, а як такого, що складається з дискретних областей - це концепція, яка існує більше 100 років. У 1909 р. Корбініан Бродманн написав статтю, в якій описав карту кори головного мозку, розділивши поверхню мозку на 43 ділянки. Він розділив ці регіони на основі зразків тонко розрізаної тканини мозку, що демонструє чіткі малюнки на тілі клітин. Архітектуру клітин можна використовувати для розподілу мозку на окремі ділянки.
Спроби Бродмана мали величезний вплив. Співвіднести анатомічну структуру з функцією мозку було унікальним. Це дозволило розробити структуру, яка намагалася пов'язати пошкодження конкретних конструкцій із постійною втратою функції. Його початкова карта все ще допомагає неврологам локалізувати висновки на візуалізації мозку, як це може бути отримано в умовах інсульту, травматичної травми або пухлини.
Картографування мозку сьогодні
Подібно до того, як інші карти можуть уточнюватися з часом, подальша робота розширила наше розуміння топографічної організації тканин мозку. Для сприяння таким досягненням було створено проект "Мозкова діяльність". Цей проект був підтриманий на конференції, організованій Міюном Чун з Фонду Кавлі в Лондоні у вересні 2011 року.
Вчені продовжували вдосконалювати розуміння будови мозку.
У 2016 році мозок був додатково розділений на 180 окремих посилок, що демонструють чіткі відмінності в структурі, функціональності та підключенні - 97 включених областей було описано вперше.
Ці новіші карти побудовані з використанням методів магнітно-резонансної томографії (МРТ), включаючи функціональну МРТ (fMRI), яка вимірює потік крові у відповідь на різні (дуже конкретні) розумові завдання.
Цей тип картографування передбачає повільний рух по поверхні мозку, поки не відзначаються значні зміни в двох або більше незалежних властивостях, що допомагає окреслити межі на карті. Незважаючи на те, що кількість областей може бути незмінною, розміри варіюються в залежності від особи. Ці відмінності можуть важливо відрізняти когнітивні та творчі здібності, а також потенційний ризик захворювань, пов’язаних з мозком, таких як хвороба Альцгеймера, Паркінсона та навіть депресія.
Поділ мозку на менші шматочки може допомогти неврологам зрозуміти, як він працює в цілому. Однак окремі вимірювання можуть виявитись неповними, забезпечуючи оманливий погляд на мозок та його функції.
Картографування також мало пояснює основи біохімії. Це також може не з’ясувати роль невеликих груп нейронів або навіть важливих одиничних нейронів. У міру розвитку технологій можуть знадобитися повторні зусилля щодо картографування.
Окрім структурних відмінностей, очевидних на клітинному рівні, може бути можливо організувати тканини мозку на основі його активності та взаємозв’язків. За політичної та економічної підтримки цей проект було зведено до ширшої ІНФОРМАЦІЇ ПРО МОЗГ.
Фінансування досліджень підтримує ініціативу BRAIN
Розкриття складності мозку вимагає майже безпрецедентного рівня співпраці в науковому співтоваристві, готовності до спільної співпраці через геополітичні розбіжності та об’єднання ресурсів у глобальному державно-приватному партнерстві.
Спочатку названа Картою мозкової діяльності, Ініціатива досліджень мозку за допомогою прогресивних інноваційних нейротехнологій (BRAIN) була ініційована президентом Бараком Обамою в США 2 квітня 2013 року.
БРАЙН Ініціатива прагне відобразити функцію сотень тисяч нейронів одночасно, оскільки вони функціонують зі швидкістю швидкоплинної думки.
Перш ніж розглядати прагнення цього проекту, важливо визнати, що американці не єдині в цій справі.
Фактично, проект BRAIN приєднується до інших світових ініціатив, які є частиною глобального поштовху до більш повного розуміння внутрішньої роботи мозку. 19 вересня 2016 року на засіданні, що супроводжує Генеральну Асамблею ООН, було започатковано Міжнародну ініціативу щодо мозку. Національний фонд сну та Національний інститут охорони здоров’я (NIH) у США виділили ресурси для розробки та підтримки проекту.
Окрім розробки детального плану керівництва необхідними науковими дослідженнями, включаючи графіки, етапи та оціночні витрати, фінансова підтримка повинна бути придбана та підтримуватися. Проект картографування мозку та ширша Ініціатива BRAIN спочатку фінансувались на суму понад 100 мільйонів доларів, і, як очікується, коштуватимуть мільярди доларів протягом більше десяти років.
Окрім державних дослідницьких грошей, приватні зусилля щодо динамічного картографування мозку включали:
- Інститут мозку Аллена в Сіетлі (витрачає 60 мільйонів доларів щорічно протягом 4 років)
- Медичний інститут Говарда Х'юза у Вірджинії (витрачає щонайменше 30 мільйонів доларів на рік)
- Фонд Кавлі в Окснарді, штат Каліфорнія (витрачаючи $ 4 млн щорічно протягом десяти років)
- Інститут біологічних досліджень Салка в Сан-Дієго (виділивши 28 мільйонів доларів на зусилля)
Спільна державно-приватна дослідницька ініціатива зрештою має на меті підтримку розвитку інноваційних технологій, які можуть створити динамічне розуміння функції мозку.
Основні цілі проекту BRAIN
Більш широкою місією Ініціативи BRAIN є "поглибити розуміння внутрішньої роботи людського розуму та покращити спосіб лікування, запобігання та лікування мозкових розладів". Для цього потрібно розробити нову технологію, щоб дослідити, як взаємодіють клітини та схеми мозку, в кінцевому рахунку виявляючи складні зв’язки між функцією мозку та поведінкою.
У цього проекту є декілька ключових цілей, і існує безліч способів їх реалізації протягом наступного десятиліття.
- Попередня нейротехнологія: Фінансова підтримка перспективних досліджень призведе до швидкого розвитку технологій, які не лише допоможуть нам зрозуміти основи мозку, а й як діагностувати та лікувати порушення, що впливають на нього. Інновації, наукові досягнення та вдосконалення пристроїв вимагатимуть мультидисциплінарних команд інженерів та неврологів.
- Сприяти динамічному зображенню: Якщо поточна візуалізація мозку схожа на перегортання стопки фотографій, новіші технології дадуть динамічні зображення, як перегляд функції мозку в режимі реального часу. Потрібно вдосконалити технологію візуалізації, щоб візуалізувати ці функції з більш високою роздільною здатністю в різних просторових та часових масштабах.
- Дослідіть функціональність мозку: Мозок не є статичним органом; він активно реєструє, обробляє, зберігає, отримує та використовує величезну кількість інформації майже миттєво. Щоб зрозуміти цю здатність, мозок слід досліджувати в режимі реального часу з використанням безлічі потенційних способів, багато з яких на даний момент не існують.
- Пов’язати поведінку з функцією: Зовнішній прояв функції мозку спостерігається як поведінка. Складнішим є незліченна кількість способів, як хтось може зауважити, що він поводиться. За допомогою використання вдосконалених обчислювальних моделей, можливо, вдасться розгадати ці моделі та піонерські моделі для покращення бажаної поведінки.
- Покращення споживчих програм: Медичні вироби, які взаємодіють з мозковою тканиною, можуть суттєво вплинути на наше подальше життя, і регулювання повинно сприяти здоров’ю та добробуту споживачів. Наближення цих технологій до споживачів з огляду як на безпеку, так і на ефективність є ключовим у міру розвитку.
Плюси та мінуси проекту створення карти мозку
Може здатися, що в галузі нейронауки є безмежні можливості та безмежний потенціал. Поглиблюючи знання про мозок, ми отримуємо глибоке розуміння того, що означає бути людиною. Однак проект проектування мозку може мати деякі потенційні недоліки.
- Злив грошей: Такий великий проект може залучити фінансову підтримку та увагу з інших гідних причин. Це фінансування може бути різко скорочене урядовими або некомерційними установами.
- Різні пріоритети досліджень: Не у всіх вчених однакова увага. Коли вони змушені шукати фінансової підтримки, це може відвести їх від сил. Етичні міркування також можуть обмежувати співпрацю, оскільки, наприклад, не всі вчені братимуть участь у дослідженнях приматів.
- Конфлікт і відсутність консенсусу: У пошуках наукової істини шлях вперед не завжди є чітким. Сильні особистості в поєднанні з розбіжностями в поглядах можуть призвести до суперечливих гіпотез та пріоритетів досліджень. Відсутність консенсусу серед експертів може породжувати розбрат.
- Ігноруючи внески з менших країн: Незважаючи на те, що промислово розвинені країни можуть внести 300 мільйонів доларів у фінансування досліджень, країни, що розвиваються, можуть не мати можливості таким же чином подати заявку в проекті. Цю ситуацію можна врівноважити пацієнтами, які надають допомогу, модельними організмами та доступними технологіями, але лише за умови наявності місця за столом.
- Основні науки проти прикладних технологій: Деякі наукові знання отримуються виключно з благородною метою просування знань. Фінансові стимули та можливість створити прикладну технологію, яка може бути прибутковою, може стати головним напрямком діяльності.
- Інтеграція існуючих ресурсів: Цей проект ґрунтується на попередній роботі і повинен знайти спосіб інтегрувати американський проект Human Connectome (зосереджений на картографуванні структурних та функціональних зв’язків мозку), проект Європейського Союзу щодо людського мозку (зосереджений на основній науці про те, як працює мозок. ), а також канадська програма CBRAIN (зосереджена на створенні технологій, які можуть застосовуватися в медицині), серед інших попередніх зусиль.
На щастя, цей проект продовжує багато обіцянок та підстав для надії. Картографування мозку врешті-решт інтегруватиме кілька вимірювань, включаючи:
- Кортова товщина
- Функція мозку
- Зв’язок між регіонами
- Топографічна організація клітин
- Рівні мієліну (жирова ізоляція, що прискорює нейронну сигналізацію)
Об’єднання дослідницьких зусиль, дозволяючи командам співпрацювати та обмінюватися інформацією, переслідувати конкретні цілі під знаком Проекту картографування мозку, дозволить досягти значного прогресу в галузі неврології.
Слово з дуже добре
Проект картографування мозку являє собою надзвичайну відданість фінансуванню прогресу у нашому розумінні кореляції між структурами та функціями мозку. Потужні мікроскопи, суперобчислювальні ресурси та універсальні інструменти картографування мозку дозволять вченим пришвидшити відкриття. Ці досягнення можуть виявитись можливими для зміцнення здоров’я мозку для всього людства, але лише за умови збереження фінансування та співпраці.