Conţinut
- Ce este cartografierea creierului?
- Finanțarea cercetării susține inițiativa BRAIN
- Obiectivele cheie ale proiectului BRAIN
- Avantajele și dezavantajele proiectului de cartografiere a creierului
Ce este cartografierea creierului?
O pauză pentru o clipă să ia în considerare creierul. Poate conține 100 de miliarde de celule. Fiecare celulă, numită neuron, se poate conecta la zeci de mii de alte celule ale creierului.
Aceste rețele acceptă funcții care fac parte integrantă din viața noastră. Fără un creier chiar funcțional minim, majoritatea ar fi de acord, nu există o viață semnificativă. Știința a încercat să ilumineze cel mai vital dintre organele noastre.
Istoria cartografierii creierului
Înțelegerea creierului nu ca un singur organ uniform, ci ca unul alcătuit din regiuni discrete este un concept care există de mai bine de 100 de ani. În 1909, Korbinian Brodmann a scris o lucrare care descrie o hartă a cortexului cerebral, împărțind suprafața creierului în 43 de zone. El a separat aceste regiuni pe baza specimenelor de țesut cerebral tăiat subțire, demonstrând modele distincte de colorare a corpului celular. Arhitectura celulelor ar putea fi utilizată pentru a împărți creierul în zone distincte.
Încercările lui Brodmann au fost extrem de influente. A fost unică corelarea structurii anatomice cu funcția creierului. A permis dezvoltarea unui cadru care a încercat să lege daunele de structuri specifice de pierderea consecventă a funcției. Harta sa inițială îi ajută în continuare pe neurologi să localizeze descoperirile la imagistica creierului, așa cum s-ar putea obține în contextul accidentului vascular cerebral, al traumatismului sau al tumorii.
Cartografierea creierului astăzi
Așa cum alte hărți pot fi rafinate în timp, lucrările ulterioare ne-au extins înțelegerea organizării topografice a țesuturilor creierului. Proiectul Harta Activității Creierului a fost creat pentru a promova astfel de progrese. Acest proiect a fost susținut la o conferință organizată de Miyoung Chun de la Fundația Kavli la Londra în septembrie 2011.
Oamenii de știință au continuat să promoveze înțelegerea structurii creierului.
În 2016, creierul a fost în continuare împărțit în 180 de pachete separate care arată diferențe clare în structură, funcție și conectivitate - au fost descrise pentru prima dată 97 de zone incluse.
Aceste hărți mai noi sunt construite cu ajutorul tehnicilor de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN), inclusiv RMN funcțional (RMN), care măsoară fluxul de sânge ca răspuns la diferite sarcini mentale (foarte specifice).
Acest tip de cartografiere implică deplasarea lentă pe suprafața creierului până când se observă modificări semnificative în două sau mai multe proprietăți independente, ajutând la delimitarea frontierelor pe hartă. Deși numărul zonelor poate fi consistent, dimensiunile variază de la individ la individ. Aceste diferențe pot distinge în mod important abilitățile cognitive și creative, precum și riscul potențial pentru boli legate de creier, cum ar fi Alzheimer, Parkinson și chiar depresie.
Împărțirea creierului în bucăți mai mici poate ajuta neurologii să aprecieze modul în care funcționează ca întreg. Cu toate acestea, măsurătorile individuale se pot dovedi incomplete, oferind o imagine înșelătoare a creierului și a funcției acestuia.
Cartarea explică, de asemenea, puțin despre biochimia care este fundamentală. De asemenea, poate să nu elucideze rolul grupurilor mici de neuroni, sau chiar al celor singuri importanți. Pe măsură ce tehnologia avansează, ar putea fi necesare eforturi repetate de cartografiere.
Dincolo de diferențele structurale aparente la nivel celular, poate fi posibilă organizarea țesuturilor creierului pe baza activității și a interconectărilor sale. Cu sprijin politic și economic, acest proiect a fost pliat într-o inițiativă BRAIN mai largă.
Finanțarea cercetării susține inițiativa BRAIN
Dezvăluirea complexității creierului necesită un nivel de cooperare aproape fără precedent în cadrul comunității științifice, disponibilitatea de a lucra împreună între diferențele geopolitice și punerea în comun a resurselor într-un parteneriat public-privat global.
Denumită inițial Brain Activity Map, inițiativa Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) a fost lansată de președintele Barack Obama în Statele Unite la 2 aprilie 2013.
Inițiativa BRAIN aspiră la cartografierea simultană a funcției a sute de mii de neuroni, deoarece funcționează cu viteza unui gând trecător.
Înainte de a revizui aspirațiile acestui proiect, este important să recunoaștem că americanii nu sunt singuri în efort.
De fapt, proiectul BRAIN se alătură altor inițiative la nivel mondial care fac parte dintr-un impuls global pentru a înțelege mai bine funcționarea interioară a creierului. La 19 septembrie 2016, Inițiativa Internațională pentru Creier a fost lansată la o întâlnire care însoțea Adunarea Generală a Organizației Națiunilor Unite. Fundația Națională a Somnului și Institutul Național de Sănătate (NIH) din SUA au angajat resurse pentru dezvoltarea și susținerea proiectului.
Dincolo de elaborarea unui plan detaliat pentru a ghida cercetările științifice necesare - inclusiv calendarele, etapele de referință și costurile estimate - sprijinul financiar trebuie achiziționat și menținut. Proiectul Brain Mapping și inițiativa BRAIN mai largă au fost inițial finanțate cu peste 100 de milioane de dolari și se așteaptă să coste miliarde de dolari în mai mult de un deceniu.
Dincolo de fondurile publice de cercetare, eforturile private în cartografierea dinamică a creierului au inclus:
- Institutul Allen pentru Știința Creierului din Seattle (cheltuind anual 60 de milioane de dolari pe parcursul a 4 ani)
- Institutul Medical Howard Hughes din Virginia (cheltuind cel puțin 30 de milioane de dolari anual)
- Fundația Kavli din Oxnard, California (cheltuind 4 milioane de dolari anual timp de zece ani)
- Institutul Salk pentru Studii Biologice din San Diego (angajând 28 de milioane de dolari pentru eforturi)
Inițiativa de cercetare public-privată colaborativă are în final un scop de a sprijini dezvoltarea tehnologiilor inovatoare care pot crea o înțelegere dinamică a funcției creierului.
Obiectivele cheie ale proiectului BRAIN
Misiunea mai largă a Inițiativei BRAIN este „de a aprofunda înțelegerea funcționării interioare a minții umane și de a îmbunătăți modul în care tratăm, prevenim și vindecăm tulburările creierului”. Pentru a realiza acest lucru, trebuie dezvoltată o nouă tehnologie pentru a explora modul în care celulele și circuitele creierului interacționează, dezvăluind în cele din urmă legăturile complexe dintre funcția și comportamentul creierului.
Există mai multe obiective cheie ale acestui proiect și există nenumărate moduri în care acestea ar putea fi realizate în următorul deceniu.
- Neurotehnologie avansată: Sprijinul financiar al cercetărilor promițătoare va duce la dezvoltarea rapidă a tehnologiei care nu numai că ne ajută să înțelegem bazele creierului, ci și cum să diagnosticăm și să tratăm tulburările care îl afectează. Inovarea, progresele științifice și avansarea dispozitivelor vor necesita echipe multidisciplinare de ingineri și neurologi.
- Facilitați imagistica dinamică: Dacă imagistica cerebrală actuală este ca și cum ați răsfoi un teanc de fotografii, tehnologia mai nouă va produce imagini dinamice, cum ar fi vizionarea unei funcții a creierului în timp real. Tehnologia de imagistică trebuie să fie avansată pentru a vizualiza aceste funcții la o rezoluție mai mare pe scări diferite de spațiu și timp.
- Explorează funcționalitatea creierului: Creierul nu este un organ static; înregistrează, procesează, stochează, recuperează și folosește în mod activ cantități mari de informații aproape instantaneu. Pentru a înțelege această capacitate, creierul trebuie investigat în timp real cu multiple modalități potențiale, dintre care multe nu există în prezent.
- Legați comportamentul de funcționare: Manifestarea exterioară a funcției creierului este observată ca un comportament. Ceea ce este mai complicat este nenumăratele moduri în care cineva se poate comporta. Cu ajutorul modelelor de calcul avansate, ar putea fi posibilă dezlegarea acestor tipare și a modelelor de pionierat pentru a spori comportamentele dorite.
- Îmbunătățiți aplicațiile pentru consumatori: Dispozitivele medicale care interacționează cu țesutul cerebral pot afecta profund viețile noastre viitoare, iar reglementarea trebuie să promoveze sănătatea și bunăstarea consumatorilor. Aducerea acestor tehnologii către consumatori cu atenție atât la siguranță, cât și la eficiență este esențială pe măsură ce câmpul avansează.
Avantajele și dezavantajele proiectului de cartografiere a creierului
Se poate părea că există oportunități nelimitate și potențial nelimitat în domeniul neurologiei. Pe măsură ce avansăm cunoștințele despre creier, dobândim o înțelegere intimă a ceea ce înseamnă a fi om. Cu toate acestea, proiectul de cartografiere a creierului poate avea unele potențiale dezavantaje.
- Scurgerea banilor: Un proiect de anvergură ca acesta poate distruge sprijinul financiar și atenția din alte cauze demne. Această finanțare ar putea fi tăiată brusc de către guvern sau agenții non-profit.
- Priorități de cercetare diferite: Nu toți oamenii de știință au același accent. Când sunt obligați să caute sprijin financiar, acest lucru îi poate îndepărta de punctele lor forte. Considerațiile etice pot limita, de asemenea, cooperarea, deoarece nu toți oamenii de știință vor participa la cercetarea primatelor, de exemplu.
- Conflict și lipsa consensului: În căutarea adevărului științific, calea înainte nu este întotdeauna clară. Personalități puternice combinate cu diferențe de opinii pot duce la ipoteze și priorități de cercetare contradictorii. Această lipsă de consens în rândul experților poate semăna discordie.
- Ignorând contribuțiile din țările mai mici: Deși țările industrializate pot contribui cu 300 de milioane de dolari în finanțarea cercetării, este posibil ca țările în curs de dezvoltare să nu poată participa în mod similar la o creanță în proiect. Acest lucru poate fi contrabalansat prin contribuția pacienților, a modelelor de organisme și a tehnologiilor accesibile, dar numai dacă există un loc oferit la masă.
- Știință de bază vs. tehnologie aplicată: Unele cunoștințe științifice sunt obținute exclusiv cu scopul nobil de a avansa cunoașterea. Stimulentele financiare și capacitatea de a crea o tehnologie aplicată care poate fi profitabilă, pot înclina accentul efortului.
- Integrarea resurselor existente: Acest proiect se bazează pe munca anterioară și trebuie să găsească o modalitate de a integra Proiectul US Connectome uman (concentrându-se pe cartografierea conexiunilor structurale și funcționale ale creierului), Proiectul Uniunii Europene pentru Creierul Uman (concentrându-se pe știința de bază a modului în care funcționează creierul ), și programul canadian CBRAIN (concentrându-se pe crearea de tehnologii care pot fi aplicate medicinii), printre alte eforturi precedente.
Din fericire, există multe promisiuni și motive pentru speranță pe măsură ce acest proiect continuă. Cartografierea creierului va integra în cele din urmă mai multe măsurători, inclusiv:
- Grosimea corticală
- Funcția creierului
- Conectivitate între regiuni
- Organizarea topografică a celulelor
- Niveluri de mielină (izolație grasă care accelerează semnalizarea neuronală)
Unificarea eforturilor de cercetare, permițând echipelor să colaboreze și să facă schimb de informații, să urmărească obiective specifice sub stindardul proiectului Brain Mapping va permite progrese substanțiale în neuroștiințe.
Un cuvânt de la Verywell
Proiectul Brain Mapping reprezintă un angajament remarcabil în finanțarea progresului în înțelegerea corelației dintre structuri și funcții din creier. Microscoape puternice, resurse de supercomputere și instrumente universale de cartografiere a creierului vor permite oamenilor de știință să accelereze descoperirea. Aceste progrese se pot dovedi a permite îmbunătățirea sănătății creierului pentru întreaga umanitate, dar numai dacă finanțarea și cooperarea sunt menținute.