Содержание
- Что такое картирование мозга?
- Финансирование исследований поддерживает инициативу BRAIN
- Ключевые цели проекта BRAIN
- Плюсы и минусы проекта Brain Mapping
Что такое картирование мозга?
Сделайте паузу, чтобы рассмотреть мозг. Он может содержать 100 миллиардов ячеек. Каждая клетка, называемая нейроном, может соединяться с десятками тысяч других клеток мозга.
Эти сети поддерживают функции, которые являются неотъемлемой частью нашей жизни. Большинство согласится с тем, что без даже минимально функционирующего мозга нет смысла жизни. Наука попыталась осветить этот важнейший из наших органов.
История картирования мозга
Понимание мозга не как единого однородного органа, а как одного, состоящего из дискретных областей, - это концепция, существующая более 100 лет. В 1909 году Корбиниан Бродманн написал статью, в которой описал карту коры головного мозга, разделив поверхность мозга на 43 области. Он разделил эти области на основе образцов тонко разрезанной мозговой ткани, демонстрирующей отчетливую картину окраски клеточного тела. Архитектура клеток может быть использована для разделения мозга на отдельные области.
Попытки Бродмана оказали огромное влияние. Сопоставить анатомическое строение с функцией мозга было уникальным. Это позволило разработать структуру, которая попыталась связать повреждение определенных структур с постоянной потерей функции. Его первоначальная карта до сих пор помогает нейробиологам локализовать результаты визуализации мозга, которые могут быть получены при инсульте, травматическом повреждении или опухоли.
Картирование мозга сегодня
Подобно тому, как другие карты могут со временем уточняться, дальнейшая работа расширила наше понимание топографической организации тканей мозга. Проект карты активности мозга был создан для продвижения таких достижений. Этот проект был поддержан на конференции, организованной Миюнг Чун из Фонда Кавли в Лондоне в сентябре 2011 года.
Ученые продолжают углублять понимание структуры мозга.
В 2016 году мозг был дополнительно разделен на 180 отдельных участков, демонстрирующих четкие различия в структуре, функциях и связях - 97 включенных областей были впервые описаны.
Эти новые карты построены с использованием методов магнитно-резонансной томографии (МРТ), в том числе функциональной МРТ (фМРТ), которые измеряют поток крови в ответ на различные (очень специфические) умственные задачи.
Этот тип картирования предполагает медленное перемещение по поверхности мозга до тех пор, пока не будут отмечены значительные изменения в двух или более независимых свойствах, помогающих очертить границы на карте. Хотя количество областей может быть одинаковым, размеры варьируются от человека к человеку. Эти различия могут существенно различать когнитивные и творческие способности, а также потенциальный риск заболеваний мозга, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и даже депрессия.
Разделение мозга на более мелкие части может помочь нейробиологам понять, как он работает в целом. Однако отдельные измерения могут оказаться неполными, что дает неверное представление о мозге и его функциях.
Картирование также мало что объясняет о фундаментальной биохимии. Это также может не объяснить роль небольших групп или даже важных отдельных нейронов. По мере развития технологий может потребоваться повторное картирование.
Помимо структурных различий, очевидных на клеточном уровне, можно организовать ткани мозга на основе их активности и взаимосвязей. При политической и экономической поддержке этот проект был преобразован в более широкую инициативу BRAIN.
Финансирование исследований поддерживает инициативу BRAIN
Чтобы раскрыть сложность мозга, требуется почти беспрецедентный уровень сотрудничества в рамках научного сообщества, готовность работать вместе, преодолевая геополитические разногласия, и объединение ресурсов в рамках глобального государственно-частного партнерства.
Первоначально получившая название «Карта активности мозга», инициатива «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN) была запущена президентом США Бараком Обамой 2 апреля 2013 года.
Инициатива BRAIN стремится отобразить функции сотен тысяч нейронов одновременно, поскольку они действуют со скоростью мимолетной мысли.
Прежде чем рассматривать стремления этого проекта, важно признать, что американцы не одиноки в своем стремлении.
Фактически, проект BRAIN присоединяется к другим всемирным инициативам, которые являются частью глобального стремления к более полному пониманию внутренней работы мозга. 19 сентября 2016 года Международная инициатива в области мозга была представлена на встрече, проводившейся в рамках Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций. Национальный фонд сна и Национальный институт здоровья (NIH) в США выделили ресурсы для разработки и поддержки проекта.
Помимо разработки подробного плана для проведения необходимых научных исследований, включая графики, основные этапы и предполагаемые затраты, необходимо как получить, так и поддерживать финансовую поддержку. Проект Brain Mapping и более широкая инициатива BRAIN изначально финансировались более чем на 100 миллионов долларов и, как ожидается, будут стоить миллиарды долларов в течение более чем десятилетия.
Помимо государственных средств на исследования, частные усилия по динамическому картированию мозга включали:
- Институт исследований мозга Аллена в Сиэтле (ежегодно тратит 60 миллионов долларов в течение 4 лет)
- Медицинский институт Говарда Хьюза в Вирджинии (ежегодно тратит не менее 30 миллионов долларов)
- Фонд Кавли в Окснарде, Калифорния (тратит 4 миллиона долларов ежегодно в течение десяти лет)
- Институт биологических исследований Солка в Сан-Диего (выделение 28 миллионов долларов на усилия)
Совместная государственно-частная исследовательская инициатива в конечном итоге направлена на поддержку разработки инновационных технологий, которые могут дать динамическое понимание функции мозга.
Ключевые цели проекта BRAIN
Более широкая миссия Инициативы BRAIN - «углубить понимание внутренней работы человеческого разума и улучшить методы лечения, профилактики и лечения расстройств мозга». Для этого необходимо разработать новую технологию, чтобы изучить, как взаимодействуют клетки и цепи мозга, и в конечном итоге выявить сложные связи между функцией мозга и поведением.
У этого проекта есть несколько ключевых целей, и существует множество способов их реализации в течение следующего десятилетия.
- Продвинутая нейротехнология: Финансовая поддержка многообещающих исследований приведет к быстрому развитию технологий, которые не только помогут нам понять основы мозга, но и как диагностировать и лечить расстройства, влияющие на него. Инновации, научные открытия и продвижение устройств потребуют многопрофильных групп инженеров и нейробиологов.
- Облегчить динамическую визуализацию: Если текущая визуализация мозга похожа на листание стопки фотографий, новые технологии будут производить динамические изображения, например наблюдение за работой мозга в реальном времени. Технология визуализации должна быть усовершенствована для визуализации этих функций с более высоким разрешением в различных пространственных и временных масштабах.
- Изучите функции мозга: Мозг - это не статичный орган; он активно записывает, обрабатывает, хранит, извлекает и использует огромные объемы информации почти мгновенно. Чтобы понять эту способность, мозг необходимо исследовать в режиме реального времени с использованием множества возможных модальностей, многие из которых в настоящее время не существуют.
- Свяжите поведение с функцией: Внешнее проявление функции мозга наблюдается как поведение. Что еще сложнее, так это бесчисленное множество способов поведения, которые можно отметить. Используя передовые вычислительные модели, возможно, удастся распутать эти шаблоны и новаторские модели для улучшения желаемого поведения.
- Улучшение потребительских приложений: Медицинские устройства, которые взаимодействуют с тканями мозга, могут серьезно повлиять на нашу будущую жизнь, и регулирование должно способствовать здоровью и благополучию потребителей. Предоставление этих технологий потребителям с упором на безопасность и эффективность является ключевым моментом по мере развития отрасли.
Плюсы и минусы проекта Brain Mapping
Может показаться, что в области нейробиологии есть безграничные возможности и безграничный потенциал. По мере того, как мы углубляемся в знаниях о мозге, мы получаем глубокое понимание того, что значит быть человеком. Однако проект Brain Mapping может иметь некоторые потенциальные недостатки.
- Утечка денег: Такой крупный проект, как этот, может отвлечь финансовую поддержку и внимание от других достойных целей. Это финансирование может быть резко сокращено правительством или некоммерческими организациями.
- Разные исследовательские приоритеты: Не все ученые имеют одинаковую направленность. Когда они вынуждены искать финансовой поддержки, это может увести их от своих сильных сторон. Этические соображения также могут ограничивать сотрудничество, поскольку, например, не все ученые будут участвовать в исследованиях приматов.
- Конфликт и отсутствие консенсуса: В поисках научной истины путь вперед не всегда ясен. Сильные личности в сочетании с различиями во мнениях могут привести к противоречию гипотез и исследовательских приоритетов. Отсутствие консенсуса среди экспертов может посеять разногласия.
- Игнорирование взносов малых стран: Хотя промышленно развитые страны могут внести 300 миллионов долларов в финансирование исследований, развивающиеся страны не смогут аналогичным образом заявить о своих правах в проекте. Это может быть уравновешено пациентами, модельными организмами и доступными технологиями, но только если есть место за столом.
- Фундаментальная наука против прикладной технологии: Некоторые научные знания получены исключительно с благородной целью продвигать знания. Финансовые стимулы и возможность создать прикладную технологию, которая может быть прибыльной, могут изменить фокус наших усилий.
- Интеграция существующих ресурсов: Этот проект основан на предыдущей работе и должен найти способ интегрировать проект США Human Connectome Project (с упором на отображение структурных и функциональных связей мозга), Проект Human Brain Project Европейского Союза (с упором на фундаментальную науку о том, как работает мозг. ) и канадская программа CBRAIN (направленная на создание технологий, которые могут быть применены в медицине), среди других предшествующих усилий.
К счастью, пока этот проект продолжается, есть много надежд и поводов для надежд. В картирование мозга в конечном итоге будут интегрированы несколько измерений, в том числе:
- Толщина кортикального слоя
- Функция мозга
- Связь между регионами
- Топографическая организация ячеек
- Уровни миелина (жировая изоляция, ускоряющая передачу нервных сигналов)
Объединение исследовательских усилий, позволяющее командам сотрудничать и обмениваться информацией для достижения конкретных целей под лозунгом проекта картирования мозга, позволит существенно продвинуться в нейробиологии.
Слово от Verywell
Проект Brain Mapping Project представляет собой замечательную приверженность финансированию прогресса в нашем понимании корреляции между структурами и функциями в мозге. Мощные микроскопы, суперкомпьютерные ресурсы и универсальные инструменты для картирования мозга позволят ученым ускорить открытие. Эти достижения могут помочь улучшить здоровье мозга всего человечества, но только при условии сохранения финансирования и сотрудничества.