Saturs
- Kas ir smadzeņu kartēšana?
- Pētniecības finansējums atbalsta BRAIN iniciatīvu
- BRAIN projekta galvenie mērķi
- Smadzeņu kartēšanas projekta plusi un mīnusi
Kas ir smadzeņu kartēšana?
Uz brīdi apstājieties, lai apsvērtu smadzenes. Tas var saturēt 100 miljardus šūnu. Katra šūna, ko sauc par neironu, var savienoties ar desmitiem tūkstošu citu smadzeņu šūnu.
Šie tīkli atbalsta funkcijas, kas ir neatņemamas mūsu dzīves daļas. Bez pat minimāli funkcionējošām smadzenēm lielākā daļa piekristu, nav jēgpilnas dzīves. Zinātne ir mēģinājusi apgaismot šo vissvarīgāko mūsu orgānu.
Smadzeņu kartēšanas vēsture
Izpratne par smadzenēm nevis kā par vienotu, vienotu orgānu, bet par tādu, kas sastāv no diskrētiem reģioniem, ir jēdziens, kas pastāv vairāk nekā 100 gadus. 1909. gadā Korbinians Brodmans uzrakstīja rakstu, kurā aprakstīta smadzeņu garozas karte, sadalot smadzeņu virsmu 43 apgabalos. Viņš atdalīja šos reģionus, pamatojoties uz plānā veidā sagrieztu smadzeņu audu paraugiem, kas demonstrē atšķirīgus šūnu ķermeņa krāsošanas modeļus. Šūnu arhitektūru varētu izmantot, lai sadalītu smadzenes atsevišķos apgabalos.
Brodmaņa mēģinājumi bija ļoti ietekmīgi. Anatomiskās struktūras korelācija ar smadzeņu darbību bija unikāla. Tas ļāva izstrādāt sistēmu, kas mēģināja saistīt bojājumus ar noteiktām struktūrām ar konsekventu funkciju zaudēšanu. Viņa sākotnējā karte joprojām palīdz neirozinātniekiem lokalizēt secinājumus smadzeņu attēlveidošanā, kā to varētu iegūt insulta, traumatiska ievainojuma vai audzēja gadījumā.
Smadzeņu kartēšana šodien
Tāpat kā citas kartes laika gaitā var tikt pilnveidotas, turpmākais darbs ir paplašinājis mūsu izpratni par smadzeņu audu topogrāfisko organizāciju. Smadzeņu darbības kartes projekts tika izveidots, lai veicinātu šādus sasniegumus. Šis projekts tika atbalstīts konferencē, kuru organizēja Miyoung Chun no The Kavli Foundation Londonā 2011. gada septembrī.
Zinātnieki turpināja veicināt smadzeņu struktūras izpratni.
2016. gadā smadzenes tika sīkāk sadalītas 180 atsevišķās pakās, parādot skaidras struktūras, funkcijas un savienojamības atšķirības - pirmo reizi tika aprakstītas iekļautās 97 zonas.
Šīs jaunākās kartes ir veidotas, izmantojot magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) metodes, ieskaitot funkcionālo MRI (fMRI), kas mēra asins plūsmu, reaģējot uz dažādiem (ļoti specifiskiem) garīgiem uzdevumiem.
Šāda veida kartēšana ietver lēnu pārvietošanos pa smadzeņu virsmu, līdz tiek novērotas būtiskas izmaiņas divās vai vairākās neatkarīgās īpašībās, palīdzot kartē noteikt robežas. Lai gan platību skaits var būt nemainīgs, izmēri katram cilvēkam atšķiras. Šīs atšķirības var būtiski atšķirt kognitīvās un radošās spējas, kā arī ar smadzenēm saistītu slimību, piemēram, Alcheimera, Parkinsona un pat depresijas, iespējamo risku.
Smadzeņu sadalīšana mazākos gabalos var palīdzēt neirozinātniekiem novērtēt, kā tās darbojas kopumā. Tomēr atsevišķi mērījumi var izrādīties nepilnīgi, nodrošinot maldinošu priekšstatu par smadzenēm un to funkcijām.
Kartēšana arī maz paskaidro par bioķīmiju, kas ir pamats. Tas var arī neizdoties noskaidrot nelielu grupu vai pat svarīgu atsevišķu neironu lomu. Attīstoties tehnoloģijai, var būt nepieciešami atkārtoti kartēšanas pasākumi.
Papildus strukturālajām atšķirībām, kas acīmredzamas šūnu līmenī, var būt iespējams sakārtot smadzeņu audus, pamatojoties uz to aktivitāti un savstarpējiem savienojumiem. Ar politisku un ekonomisku atbalstu šis projekts tika apvienots plašākā BRAIN iniciatīvā.
Pētniecības finansējums atbalsta BRAIN iniciatīvu
Smadzeņu sarežģītības atklāšana prasa gandrīz bezprecedenta līmeņa sadarbību zinātnieku aprindās, vēlmi sadarboties visā ģeopolitiskajā plaisā un resursu apvienošanu globālā publiskā un privātā partnerībā.
Sākotnēji dēvētais par smadzeņu darbības karti, smadzeņu izpēti, izmantojot inovatīvu neirotehnoloģiju (BRAIN) iniciatīvu, uzsāka ASV prezidents Baraks Obama 2013. gada 2. aprīlī.
BRAIN iniciatīva tiecas vienlaikus kartēt simtiem tūkstošu neironu darbību, jo tie darbojas ar īslaicīgas domas ātrumu.
Pirms pārskatīt šī projekta centienus, ir svarīgi atzīt, ka amerikāņi nav vieni paši.
Faktiski BRAIN projekts pievienojas citām pasaules mēroga iniciatīvām, kas ir daļa no globāla virziena, lai pilnīgāk izprastu smadzeņu iekšējo darbību. 2016. gada 19. septembrī sanāksmē, kas pavadīja Apvienoto Nāciju Organizācijas Ģenerālo asambleju, tika uzsākta Starptautiskā smadzeņu iniciatīva. Nacionālais miega fonds un Nacionālais veselības institūts (NIH) ASV ir piešķīruši resursus projekta izstrādei un atbalstam.
Papildus detalizēta plāna izstrādei, lai vadītu nepieciešamos zinātniskos pētījumus, tostarp grafikus, atskaites punktus un paredzamās izmaksas, ir jāiegūst un jāuztur finansiāls atbalsts. Smadzeņu kartēšanas projekts un plašāka BRAIN iniciatīva sākotnēji tika finansēti ar vairāk nekā 100 miljoniem ASV dolāru, un paredzams, ka vairāk nekā desmit gadu laikā tas maksās miljardiem dolāru.
Papildus valsts pētniecības līdzekļiem privātie centieni dinamiskā smadzeņu kartēšanā ir iekļāvuši:
- Alena Smadzeņu zinātnes institūts Sietlā (katru gadu 4 gadu laikā iztērējot 60 miljonus USD)
- Hovarda Hjūza medicīnas institūts Virdžīnijā (katru gadu iztērējot vismaz 30 miljonus ASV dolāru)
- Kavli fonds Oksnardā, Kalifornijā (katru gadu desmit gadu laikā iztērējot 4 miljonus USD)
- Salkas Bioloģisko pētījumu institūts Sandjego (ieguldot 28 miljonus USD centieniem)
Sadarbības, valsts un privātā pētniecības iniciatīvas mērķis galu galā ir atbalstīt novatorisku tehnoloģiju attīstību, kas var radīt dinamisku izpratni par smadzeņu darbību.
BRAIN projekta galvenie mērķi
BRAIN iniciatīvas plašākā misija ir "padziļināt izpratni par cilvēka prāta iekšējo darbību un uzlabot to, kā mēs ārstējam, novēršam un izārstējam smadzeņu darbības traucējumus". Lai to paveiktu, jāizstrādā jauna tehnoloģija, lai izpētītu, kā mijiedarbojas smadzeņu šūnas un ķēdes, galu galā atklājot sarežģītās saiknes starp smadzeņu darbību un uzvedību.
Šim projektam ir vairāki galvenie mērķi, un ir neskaitāmi veidi, kā tos varētu realizēt nākamajā desmitgadē.
- Neirotehnoloģijas attīstība: Daudzsološu pētījumu finansiāls atbalsts novedīs pie straujas tehnoloģiju attīstības, kas mums ne tikai palīdzēs izprast smadzeņu pamatus, bet arī to, kā diagnosticēt un ārstēt traucējumus, kas tos ietekmē. Inovācijām, zinātniskiem sasniegumiem un ierīču attīstībai būs nepieciešamas inženieru un neirozinātnieku daudznozaru komandas.
- Veicināt dinamisko attēlveidošanu: Ja pašreizējā smadzeņu attēlveidošana ir līdzīga fotogrāfiju kaudzes pārlūkošanai, jaunāka tehnoloģija radīs dinamiskus attēlus, piemēram, smadzeņu darbības vērošana reāllaikā. Attēlveidošanas tehnoloģija ir jāattīsta, lai šīs funkcijas vizualizētu ar lielāku izšķirtspēju dažādās telpas un laika skalā.
- Izpētiet smadzeņu funkcionalitāti: Smadzenes nav statisks orgāns; tā aktīvi uzreiz reģistrē, apstrādā, uzglabā, izgūst un izmanto milzīgu informācijas daudzumu. Lai saprastu šo spēju, smadzenes ir jāpēta reāllaikā ar vairākām iespējamām metodēm, no kurām daudzas pašlaik nepastāv.
- Saistīt uzvedību ar funkciju: Smadzeņu darbības ārējā izpausme tiek novērota kā uzvedība. Sarežģītāk ir neskaitāmi veidi, kā kādu var uzvesties. Izmantojot uzlabotus skaitļošanas modeļus, var būt iespējams atšķetināt šos modeļus un pionieru modeļus, lai uzlabotu vēlamo uzvedību.
- Uzlabojiet patērētāju lietojumprogrammas: Medicīniskās ierīces, kas mijiedarbojas ar smadzeņu audiem, var dziļi ietekmēt mūsu turpmāko dzīvi, un regulējumam ir jāveicina patērētāju veselība un labklājība. Šo tehnoloģiju ieviešana patērētājiem, ņemot vērā gan drošību, gan efektivitāti, ir būtiska, virzoties uz priekšu.
Smadzeņu kartēšanas projekta plusi un mīnusi
Var šķist, ka neirozinātnes jomā ir neierobežotas iespējas un neierobežots potenciāls. Pilnveidojot zināšanas par smadzenēm, mēs iegūstam ciešu izpratni par to, ko nozīmē būt cilvēkam. Tomēr smadzeņu kartēšanas projektam var būt daži iespējamie trūkumi.
- Naudas novadīšana: Tāds liels projekts var sifonēt finansiālu atbalstu un uzmanību no citiem cienīgiem mērķiem. Šo finansējumu varētu pēkšņi samazināt valsts vai bezpeļņas aģentūras.
- Atšķirīgas pētniecības prioritātes: Ne visiem zinātniekiem ir vienāda uzmanība. Kad viņi ir spiesti meklēt finansiālu atbalstu, tas var viņus novērst no viņu stiprās puses. Ētiskie apsvērumi var arī ierobežot sadarbību, jo, piemēram, primātu pētījumos ne visi zinātnieki piedalīsies.
- Konflikts un vienprātības trūkums: Meklējot zinātnisku patiesību, ceļš uz priekšu ne vienmēr ir skaidrs. Spēcīgas personības kopā ar viedokļu atšķirībām var izraisīt pretrunīgas hipotēzes un pētījumu prioritātes. Šis ekspertu vienprātības trūkums var sēt nesaskaņas.
- Ignorējot mazāku valstu ieguldījumu: Lai arī rūpnieciski attīstītās valstis var ieguldīt 300 miljonus ASV dolāru pētniecības finansējumā, jaunattīstības valstis, iespējams, nespēs līdzīgi izvirzīt prasību projektā. To var līdzsvarot pacienti, modeļu organismi un pieejamas tehnoloģijas, bet tikai tad, ja pie galda tiek piedāvāta vieta.
- Pamatzinātne pret lietišķo tehnoloģiju: Dažas zinātniskās zināšanas tiek iegūtas tikai ar cēlu mērķi uzlabot zināšanas. Finansiālie stimuli un spēja radīt lietišķu tehnoloģiju, kas var būt izdevīga, var pievērsties uzmanības centrā.
- Esošo resursu integrēšana: Šis projekts balstās uz iepriekšēju darbu, un tam jāatrod veids, kā integrēt ASV Cilvēka savienojuma projektu (koncentrējoties uz smadzeņu strukturālo un funkcionālo savienojumu kartēšanu), Eiropas Savienības Cilvēku smadzeņu projektu (koncentrējoties uz pamatzinātni par smadzeņu darbību). ) un Kanādas CBRAIN programma (koncentrējoties uz medicīnā izmantojamu tehnoloģiju radīšanu), kā arī citi iepriekšējie centieni.
Par laimi, turpinot šo projektu, ir daudz solījumu un iemeslu cerībām. Smadzeņu kartēšana galu galā integrēs vairākus mērījumus, tostarp:
- Garozas biezums
- Smadzeņu funkcija
- Savienojamība starp reģioniem
- Šūnu topogrāfiskā organizācija
- Mielīna līmenis (tauku izolācija, kas paātrina neironu signālu pārraidi)
Vienotie pētniecības centieni, ļaujot komandām sadarboties un apmainīties ar informāciju, lai sasniegtu konkrētus mērķus, izmantojot smadzeņu kartēšanas projektu, ļaus ievērojami uzlabot neirozinātni.
Vārds no Verywell
Smadzeņu kartēšanas projekts ir ievērojama apņemšanās finansēt progresu, izprotot korelāciju starp smadzenēs esošajām struktūrām un funkcijām. Jaudīgi mikroskopi, superdatoru resursi un universāli smadzeņu kartēšanas rīki ļaus zinātniekiem paātrināt atklājumus. Šie sasniegumi var ļaut uzlabot smadzeņu veselību visai cilvēcei, bet tikai tad, ja tiek saglabāts finansējums un sadarbība.