Hva er BRAIN Initiative Mapping Project?

Innhold

• Hva er hjernekartlegging?
• Forskningsfinansiering støtter BRAIN-initiativet
• Hovedmål for BRAIN-prosjektet
• Fordeler og ulemper med hjernekartprosjektet

Hjernekartlegging høres ut som noe tatt rett ut av science fiction.Man kan forestille seg en miniatyrisert oppdagelsesreisende som omhyggelig dokumenterer sine oppdagelser mens hun krysser overflaten, inkludert dalene og ridelinjene, i hjernen. I virkeligheten kan hjernekartlegging hjelpe oss til bedre å forstå diskrete regioner i hjernen og føre oss til funn som lindrer alvorlige lidelser som Alzheimers, Parkinsons, depresjon og traumatiske hjerneskader. Det er målet med BRAIN Initiative Mapping Project.

Hva er hjernekartlegging?

Pause et øyeblikk for å vurdere hjernen. Det kan inneholde 100 milliarder celler. Hver celle, kalt et neuron, kan koble seg til titusenvis av andre hjerneceller.

Disse nettverkene støtter funksjoner som er integrerte i våre liv. Uten en til og med minimalt fungerende hjerne, vil de fleste godta at det ikke er noe meningsfylt liv. Vitenskapen har forsøkt å belyse dette mest vitale av organene våre.

Historien om hjernekartlegging

Å forstå hjernen ikke som et enkelt, ensartet organ, men som et som består av diskrete regioner, er et konsept som har eksistert i mer enn 100 år. I 1909 skrev Korbinian Brodmann et papir som beskrev et kart over hjernebarken, og delte hjernens overflate i 43 områder. Han skilt disse områdene basert på prøver av tynt kuttet hjernevev som viser forskjellige mønstre for cellekroppsfarging. Arkitekturen til celler kan brukes til å dele hjernen i forskjellige områder.

Brodmanns forsøk var enormt innflytelsesrike. Å korrelere anatomisk struktur med hjernefunksjon var unik. Det tillot et rammeverk å utvikle som forsøkte å knytte skade på spesifikke strukturer til konsekvent tap av funksjon. Hans første kart hjelper fremdeles nevroforskere med å lokalisere funn til hjerneavbildning, slik det kan oppnås ved hjerneslag, traumatisk skade eller svulst.

Hjernekarting i dag

Akkurat som andre kart kan bli raffinert over tid, har videre arbeid utvidet vår forståelse av den topografiske organisasjonen av hjernens vev. Brain Activity Map Project ble opprettet for å fremme slike fremskritt. Dette prosjektet ble forkjempet på en konferanse organisert av Miyoung Chun fra The Kavli Foundation i London i september 2011.

Forskere har fortsatt å fremme forståelsen av hjernens struktur.

I 2016 ble hjernen videre delt inn i 180 separate pakker som viste klare forskjeller i struktur, funksjon og tilkoblingsmuligheter. 97 inkluderte områder ble beskrevet for første gang.

Disse nyere kartene er konstruert med bruk av magnetisk resonansavbildning (MRI) teknikker, inkludert funksjonell MR (fMRI), som måler blodstrømmen som respons på forskjellige (veldig spesifikke) mentale oppgaver.

Denne typen kartlegging innebærer sakte å bevege seg over overflaten av hjernen til betydelige endringer blir notert i to eller flere uavhengige egenskaper, noe som bidrar til å avgrense grenser på kartet. Selv om antall områder kan være konsistente, varierer størrelsene fra individ til individ. Disse forskjellene kan viktig skille mellom kognitive og kreative evner, så vel som den potensielle risikoen for hjernerelaterte sykdommer som Alzheimers, Parkinsons og til og med depresjon.

Å dele hjernen i mindre biter kan hjelpe nevrologer til å sette pris på hvordan den fungerer som en helhet. Imidlertid kan enkeltmålinger vise seg å være ufullstendige, noe som gir et misvisende syn på hjernen og dens funksjon.

Kartlegging forklarer også lite om biokjemien som er grunnleggende. Det kan også mislykkes i å belyse rollen til små grupper, eller til og med viktige enkeltneuroner. Etter hvert som teknologien utvikler seg, kan det være nødvendig med gjentatt kartlegging.

Utover strukturelle forskjeller som er synlige på mobilnivå, kan det være mulig å organisere hjernens vev basert på dens aktivitet og sammenkoblinger. Med politisk og økonomisk støtte ble dette prosjektet brettet inn i et bredere BRAIN-initiativ.

Forskningsfinansiering støtter BRAIN-initiativet

Å avdekke hjernens kompleksitet krever et nesten enestående nivå av samarbeid innen det vitenskapelige samfunnet, en vilje til å samarbeide på tvers av geopolitiske skillelinjer, og en samle ressurser i et globalt offentlig-privat partnerskap.

Opprinnelig kalt Brain Activity Map, Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative ble lansert av president Barack Obama i USA 2. april 2013.

BRAIN Initiative ønsker å kartlegge funksjonen til hundretusenvis av nevroner samtidig, ettersom de fungerer med hastigheten til en flyktig tanke.

Før du går gjennom ambisjonene til dette prosjektet, er det viktig å erkjenne at amerikanerne ikke er alene i arbeidet.

Faktisk slutter BRAIN-prosjektet seg til andre verdensomspennende tiltak som er en del av et globalt press for å forstå den indre hjernens indre virkemåte. 19. september 2016 ble International Brain Initiative lansert på et møte som fulgte FNs generalforsamling. National Sleep Foundation og National Institute of Health (NIH) i USA har forpliktet ressurser til å utvikle og støtte prosjektet.

Utover utviklingen av en detaljert plan for å styre nødvendig vitenskapelig forskning, inkludert rutetider, milepæler og estimerte kostnader, må økonomisk støtte både anskaffes og vedlikeholdes. Brain Mapping Project, og det bredere BRAIN Initiative, ble opprinnelig finansiert med mer enn $ 100 millioner, og det forventes å koste milliarder dollar over mer enn et tiår.

Utover offentlige forskningsmedier har privat innsats innen dynamisk hjernekartlegging inkludert:

• Allen Institute for Brain Science i Seattle (bruker 60 millioner dollar årlig over 4 år)
• Howard Hughes Medical Institute i Virginia (bruker minst 30 millioner dollar årlig)
• Kavli Foundation i Oxnard, California (bruker 4 millioner dollar årlig i ti år)
• Salk Institute for Biological Studies i San Diego (forplikter seg 28 millioner dollar til innsats)

Det samarbeidende, offentlig-private forskningsinitiativet har til slutt et mål om å støtte utviklingen av innovative teknologier som kan skape en dynamisk forståelse av hjernens funksjon.

Hovedmål for BRAIN-prosjektet

Det bredere oppdraget til BRAIN-initiativet er "å utdype forståelsen av det menneskelige sinnets indre arbeid og forbedre hvordan vi behandler, forebygger og kurerer hjernesykdommer." For å oppnå dette må ny teknologi utvikles for å utforske hvordan hjernens celler og kretser samhandler, og til slutt avslører de komplekse koblingene mellom hjernens funksjon og atferd.

Det er flere hovedmål for dette prosjektet, og det er utallige måter disse kan realiseres i løpet av det neste tiåret.

• Avansert nevroteknologi: Økonomisk støtte til lovende forskning vil føre til en rask utvikling av teknologi som ikke bare hjelper oss til å forstå hjernens underlag, men også hvordan vi skal diagnostisere og behandle lidelser som påvirker den. Innovasjon, vitenskapelige gjennombrudd og enhetsutvikling vil kreve tverrfaglige team av ingeniører og nevrologer.
• Tilrettelegge for dynamisk bildebehandling: Hvis nåværende hjerneavbildning er som å bla gjennom en bunke fotografier, vil nyere teknologi produsere dynamiske bilder, som å se hjernens funksjon i sanntid. Bildebehandlingsteknologi må være avansert for å visualisere disse funksjonene med høyere oppløsning på tvers av forskjellige rom- og tidsskalaer.
• Utforsk hjernens funksjonalitet: Hjernen er ikke et statisk organ; den registrerer, behandler, lagrer, henter og bruker enorme mengder informasjon aktivt øyeblikkelig. For å forstå denne kapasiteten, må hjernen undersøkes i sanntid med flere potensielle modaliteter, hvorav mange ikke eksisterer for tiden.
• Koble atferd til funksjon: Den ytre manifestasjonen av hjernefunksjon blir observert som en oppførsel. Det som er mer komplisert, er de utallige måtene noen kan noteres å oppføre seg på. Ved bruk av avanserte beregningsmodeller kan det være mulig å løse opp disse mønstrene og banebrytende modeller for å forbedre ønsket atferd.
• Forbedre applikasjoner for forbrukere: Medisinsk utstyr som samhandler med hjernevev kan påvirke våre fremtidige liv i dyphet, og regulering må fremme forbrukernes helse og velvære. Å bringe disse teknologiene til forbrukerne med et øye mot både sikkerhet og effektivitet er nøkkelen etter hvert som feltet utvikler seg.

Fordeler og ulemper med hjernekartprosjektet

Det kan virke som om det er ubegrensede muligheter og ubegrenset potensiale innen nevrovitenskap. Når vi fremmer kunnskap om hjernen, får vi en intim forståelse av hva det vil si å være menneske. Imidlertid kan hjernekartprosjektet ha noen potensielle ulemper.

• Pengeavløp: Et stort prosjekt som dette kan gi økonomisk støtte og oppmerksomhet fra andre verdige årsaker. Denne finansieringen kan bli brått kuttet av myndigheter eller ideelle organisasjoner.
• Ulike forskningsprioriteter: Ikke alle forskere har samme fokus. Når de blir tvunget til å søke økonomisk støtte, kan dette føre dem bort fra deres sterke sider. Etiske hensyn kan også begrense samarbeidet, for ikke alle forskere vil delta i primatforskning.
• Konflikt og mangel på konsensus: Når vi søker vitenskapelig sannhet, er ikke veien fremover alltid klar. Sterke personligheter kombinert med meningsforskjeller kan føre til motstridende hypoteser og forskningsprioriteringer. Denne mangelen på enighet blant eksperter kan føre til uenighet.
• Ignorer bidrag fra mindre land: Selv om industriland kan bidra med 300 millioner dollar i forskningsmidler, kan utviklingsland kanskje ikke på samme måte sette krav på prosjektet. Dette kan motveies av å bidra med pasienter, modellorganismer og rimelig teknologi - men bare hvis det er et sete som tilbys ved bordet.
• Grunnvitenskap vs anvendt teknologi: Noe vitenskapelig kunnskap oppnås kun med det edle målet å fremme kunnskap. Økonomiske insentiver, og evnen til å skape en anvendt teknologi som kan være lønnsom, kan tippe fokuset på arbeidet.
• Integrering av eksisterende ressurser: Dette prosjektet bygger på tidligere arbeid, og må finne en måte å integrere US Human Connectome Project (med fokus på å kartlegge hjernens strukturelle og funksjonelle forbindelser), EUs Human Brain Project (med fokus på grunnleggende vitenskap om hvordan hjernen fungerer ), og Canadas CBRAIN-program (med fokus på å skape teknologier som kan brukes på medisin), blant andre foregående anstrengelser.

Heldigvis er det mye løfte og grunn til håp når dette prosjektet fortsetter. Hjernekartlegging vil etter hvert integrere flere målinger, inkludert:

• Kortikal tykkelse
• Hjernefunksjon
• Tilkobling mellom regioner
• Topografisk organisering av celler
• Nivåer av myelin (fettisolasjon som fremskynder nevrale signaler)

Å forene forskningsinnsats, la team samarbeide og utveksle informasjon, for å forfølge spesifikke mål under banneret til hjernekartprosjektet, vil tillate betydelige fremskritt innen nevrovitenskap.

Et ord fra veldig bra

The Brain Mapping Project representerer en bemerkelsesverdig forpliktelse til å finansiere fremgang i vår forståelse av sammenhengen mellom strukturer og funksjoner i hjernen. Kraftige mikroskoper, superdataressurser og universelle hjernekartingsverktøy vil tillate forskere å fremskynde oppdagelsen. Disse fremskrittene kan vise seg å muliggjøre forbedring av hjernens helse for hele menneskeheten, men bare hvis finansiering og samarbeid opprettholdes.