Mis on BRAIN Initiative kaardistamise projekt?

Sisu

• Mis on aju kaardistamine?
• Teadusuuringute rahastamine toetab algatust BRAIN
• AJU projekti peamised eesmärgid
• Aju kaardistamise projekti plussid ja miinused

Aju kaardistamine kõlab nagu midagi otse ulmest välja võetud.Võib ette kujutada, et miniatuurne maadeavastaja dokumenteerib oma avastusi hoolikalt, kui ta läbib aju pinda, kaasa arvatud orud ja harjad. Tegelikkuses võib ajude kaardistamine aidata meil paremini mõista aju eraldiseisvaid piirkondi ja viia meid avastusteni, mis leevendavad tõsiseid häireid, nagu Alzheimeri, Parkinsoni tõbi, depressioon ja traumaatilised ajukahjustused. See on BRAIN Initiative Mapping projekti eesmärk.

Mis on aju kaardistamine?

Peatuge hetkeks, et aju kaaluda. See võib sisaldada 100 miljardit rakku. Iga rakk, mida nimetatakse neuroniks, võib ühendada kümnete tuhandete teiste ajurakkudega.

Need võrgud toetavad meie elu lahutamatuid funktsioone. Ilma minimaalselt töötava ajuta oleks enamik nõus, pole mõttekat elu. Teadus on püüdnud valgustada seda kõige olulisemat meie elundit.

Aju kaardistamise ajalugu

Aju mõistmine mitte ühtse, ühtse, vaid diskreetsetest piirkondadest koosneva organina on mõiste, mis on eksisteerinud enam kui 100 aastat. 1909. aastal kirjutas Korbinian Brodmann artikli, milles kirjeldati ajukoore kaarti, jagades aju pinna 43 piirkonnaks. Ta eraldas need piirkonnad õhukeselt lõigatud ajukoe proovide põhjal, mis näitasid rakukeha erinevaid värvimisjooni. Rakkude arhitektuuri abil saaks aju jagada erinevateks piirkondadeks.

Brodmanni katsed olid tohutult mõjukad. Anatoomilise struktuuri ja ajufunktsioonide korrelatsioon oli ainulaadne. See võimaldas välja töötada raamistiku, mis püüdis siduda kahjustused konkreetsete struktuuridega funktsiooni järjepideva kaotusega. Tema esialgne kaart aitab neuroteadlastel lokaliseerida leiud aju pildistamiseks, nagu võib saada insuldi, traumaatilise vigastuse või kasvaja korral.

Aju kaardistamine täna

Nii nagu teisi kaarte võib aja jooksul täpsustada, on edasine töö laiendanud meie arusaamist ajukudede topograafilisest korraldusest. Selliste edusammude edendamiseks loodi ajutegevuse kaardiprojekt. Selle projekti eest seisis konverentsil, mille korraldas Miyoung Chun Londoni Kavli fondist 2011. aasta septembris.

Teadlased on jätkanud aju struktuuri mõistmise edendamist.

2016. aastal jagati aju edasi 180 eraldi maatükiks, mis näitasid selgeid erinevusi struktuuris, funktsioonis ja ühenduvuses - esmakordselt kirjeldati 97 kaasatud piirkonda.

Need uuemad kaardid on koostatud magnetresonantstomograafia (MRI), sealhulgas funktsionaalse MRI (fMRI) abil, mis mõõdavad verevoolu vastuseks erinevatele (väga spetsiifilistele) vaimsetele ülesannetele.

Seda tüüpi kaardistamine hõlmab aeglast liikumist üle aju pinna, kuni märgatakse olulisi muutusi kahes või enamas iseseisvas omaduses, mis aitab piiril kaardil piiritleda. Kuigi alade arv võib olla ühtlane, on suurused indiviiditi erinevad. Need erinevused võivad olulisel määral eristada kognitiivseid ja loomingulisi võimeid ning aju põhjustatud haiguste, näiteks Alzheimeri, Parkinsoni tõve ja isegi depressiooni võimalikku riski.

Aju jagamine väiksemateks tükkideks võib aidata neuroteadlastel hinnata selle toimimist tervikuna. Kuid üksikud mõõtmised võivad osutuda puudulikeks, pakkudes eksitavat vaadet ajust ja selle funktsioonidest.

Kaardistamine selgitab vähe ka biokeemia kohta, mis on aluseks. Samuti ei pruugi see selgitada väikeste neuronite rühmade või isegi oluliste üksikute neuronite rolli. Tehnoloogia arenedes võib osutuda vajalikuks korrata kaardistamist.

Lisaks rakutasandil ilmnevatele struktuurilistele erinevustele võib olla võimalik korraldada aju kudesid selle aktiivsuse ja seoste põhjal. Poliitilise ja majandusliku toega viidi see projekt kokku laiemaks BRAIN-algatuseks.

Teadusuuringute rahastamine toetab algatust BRAIN

Aju keerukuse lahtimõtestamine nõuab teadusringkondades peaaegu enneolematut koostööd, valmisolekut teha koostööd geopoliitiliste lõhede vahel ja ressursside ühendamist ülemaailmses avaliku ja erasektori partnerluses.

Algselt Brain Activity Mapiks nimetatud algatuse Brain Research through Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative käivitas president Barack Obama Ameerika Ühendriikides 2. aprillil 2013.

BRAIN-algatus soovib kaardistada sadade tuhandete neuronite funktsiooni samaaegselt, kuna need toimivad mööduva mõtte kiirusel.

Enne selle projekti püüdluste ülevaatamist on oluline tõdeda, et ameeriklased pole püüdlustes üksi.

Tegelikult liitub BRAIN projekt teiste ülemaailmsete algatustega, mis on osa globaalsest tõukest aju sisemise töö täielikumaks mõistmiseks. 19. septembril 2016 käivitati ÜRO Peaassambleega kaasnenud kohtumisel rahvusvaheline ajude algatus. USA riiklik unefond ja riiklik terviseinstituut (NIH) on projekti arendamiseks ja toetamiseks eraldanud ressursse.

Lisaks detailplaneeringu väljatöötamisele, mis suunaks vajalikke teadusuuringuid, sealhulgas ajakavasid, vahe-eesmärke ja hinnangulisi kulusid, tuleb nii hankida kui ka säilitada rahaline toetus. Aju kaardistamise projekti ja laiemat BRAINi algatust rahastati algselt enam kui 100 miljoni dollariga ja eeldatavasti läheb see maksma miljardeid dollareid rohkem kui kümne aasta jooksul.

Lisaks avalikele teadusuuringutele on dünaamilise aju kaardistamise erasektori jõupingutused hõlmanud järgmist:

• Alleni ajuteaduste instituut Seattle'is (kulutades 60 miljonit dollarit aastas 4 aasta jooksul)
• Howard Hughesi meditsiiniinstituut Virginias (kulutades aastas vähemalt 30 miljonit dollarit)
• Kavli Fond Oxnardis, Californias (kulutades kümme aastat aastas 4 miljonit dollarit)
• Salki bioloogiliste uuringute instituut San Diegos (pühendades jõupingutustele 28 miljonit dollarit)

Avaliku ja erasektori koostööalgatusliku uurimisalgatuse eesmärk on lõppkokkuvõttes toetada uuenduslike tehnoloogiate väljatöötamist, mis võimaldavad dünaamiliselt mõista aju funktsioone.

AJU projekti peamised eesmärgid

AJUalgatuse laiem missioon on "süvendada mõistust inimvaimu sisemises töös ja parandada aju häirete ravimist, ennetamist ja ravimist". Selle saavutamiseks tuleb välja töötada uus tehnoloogia, et uurida, kuidas aju rakud ja ahelad omavahel suhtlevad, paljastades lõpuks aju funktsiooni ja käitumise vahelised keerulised seosed.

Sellel projektil on mitu põhieesmärki ja nende realiseerimiseks järgmise kümnendi jooksul on lugematu arv viise.

• Edendada neurotehnoloogiat: Paljutõotavate uuringute rahaline toetus viib tehnoloogia kiire arenguni, mis mitte ainult ei aita meil mõista aju alustalasid, vaid ka seda, kuidas seda mõjutavaid häireid diagnoosida ja ravida. Innovatsioon, teaduslikud läbimurded ja seadmete edasiarendamine nõuab inseneride ja neuroteadlaste multidistsiplinaarseid meeskondi.
• Dünaamilise pildistamise hõlbustamine: Kui praegune ajukuvamine on nagu fotode virnamine, annab uuem tehnoloogia dünaamilisi pilte, näiteks reaalajas ajufunktsiooni jälgimine. Nende funktsioonide suurema eraldusvõimega visualiseerimiseks erinevates ruumis ja ajaskaalades tuleb pilditehnoloogiat täiustada.
• Uurige aju funktsionaalsust: Aju pole staatiline organ; see salvestab, töötleb, salvestab, otsib ja kasutab tohutult teavet peaaegu kohe. Selle võimekuse mõistmiseks tuleb aju reaalajas uurida mitme potentsiaalse modaalsusega, millest paljusid praegu pole.
• Link käitumine funktsiooniga: Ajufunktsiooni välist ilmingut vaadeldakse käitumisena. Keerulisem on see, et lugematu arv viise, kuidas keegi käitub. Täiustatud arvutusmudelite kasutamisel võib soovitud käitumise parandamiseks olla võimalik need mustrid ja pioneerimudelid lahti harutada.
• Parandage tarbijarakendusi: Ajukoe vastasmõjus olevad meditsiiniseadmed võivad sügavalt mõjutada meie edasist elu ja reguleerimine peab edendama tarbijate tervist ja heaolu. Nende tehnoloogiate viimine tarbijateni nii ohutuse kui ka tõhususe suunas on valdkonna edenedes võtmetähtsusega.

Aju kaardistamise projekti plussid ja miinused

Võib tunduda, et neuroteaduste valdkonnas on piiramatud võimalused ja piiramatu potentsiaal. Aju kohta teadmisi edendades saame lähedase arusaama sellest, mida tähendab olla inimene. Aju kaardistamise projektil võib siiski olla mõningaid potentsiaalseid puudusi.

• Raha äravool: Selline suur projekt võib nõuda rahalist toetust ja tähelepanu teistelt väärikatelt põhjustelt. Valitsus või mittetulundusühingud võivad seda rahastamist järsult kärpida.
• Erinevad teadusprioriteedid: Kõigil teadlastel pole sama fookus. Kui nad on sunnitud otsima rahalist tuge, võib see viia nad oma tugevustest eemale. Eetilised kaalutlused võivad ka koostööd piirata, kuna kõik teadlased ei osale näiteks primaatide uuringutes.
• Konflikt ja üksmeele puudumine: Teadusliku tõe otsimisel pole tee edasi alati selge. Tugevad isiksused koos eriarvamustega võivad viia vastuoluliste hüpoteeside ja uurimisprioriteetideni. See üksmeele puudumine ekspertide seas võib külvata lahkhelisid.
• Ignoreerides väiksemate riikide panust: Kuigi tööstusriigid võivad anda teaduse rahastamiseks 300 miljonit dollarit, ei pruugi arenguriigid projektis samamoodi nõudeid esitada. Seda võivad tasakaalustada panustavad patsiendid, mudelorganismid ja taskukohased tehnoloogiad, kuid ainult siis, kui lauas on istekoht.
• Põhiteadus vs rakendustehnoloogia: Mõned teaduslikud teadmised saadakse üksnes ülla eesmärgiga teadmisi edendada. Rahalised stiimulid ja võime luua rakenduslikku tehnoloogiat, mis võib olla kasumlik, võivad suunata ettevõtmise fookuse.
• Olemasolevate ressursside integreerimine: See projekt põhineb varasemal tööl ja peab leidma viisi integreerida USA inimühenduse projekt (keskendudes aju struktuuriliste ja funktsionaalsete seoste kaardistamisele), Euroopa Liidu inimaju projekt (keskendudes põhiteadusele aju töö kohta) ) ja Kanada CBRAINi programm (mis keskendub meditsiinis rakendatavate tehnoloogiate loomisele), muu hulgas ka eelnevate jõupingutuste hulgas.

Õnneks on selle projekti jätkudes palju lubadusi ja lootust. Aju kaardistamine integreerib lõpuks mitu mõõtmist, sealhulgas:

• Kortikaalne paksus
• Aju funktsioon
• Piirkondade ühenduvus
• Lahtrite topograafiline korraldus
• Müeliini tase (rasvane isolatsioon, mis kiirendab närvi signaalimist)

Teadustöö ühtsustamine, võimaldades meeskondadel koostööd teha ja teavet vahetada, konkreetsete eesmärkide saavutamiseks Aju kaardistamise projekti sildi all, võimaldab neuroteaduses olulist edasiminekut.

Sõna Verywellist

Aju kaardistamise projekt tähistab märkimisväärset pühendumust edusammude rahastamisele, mõistes ajus olevate struktuuride ja funktsioonide vahelist korrelatsiooni. Võimsad mikroskoobid, ülarvutatavad ressursid ja universaalsed aju kaardistamise tööriistad võimaldavad teadlastel avastamist kiirendada. Need edusammud võivad osutuda aju tervise parandamiseks kogu inimkonnale, kuid ainult siis, kui jätkatakse rahastamist ja koostööd.