Sisältö
- Mikä on aivokartoitus?
- Tutkimusrahoitus tukee BRAIN-aloitetta
- BRAIN-projektin keskeiset tavoitteet
- Aivokartoitusprojektin edut ja haitat
Mikä on aivokartoitus?
Keskeytä hetkeksi miettimään aivoja. Se voi sisältää 100 miljardia solua. Jokainen solu, jota kutsutaan neuroniksi, voi muodostaa yhteyden kymmeniin tuhansiin muihin aivosoluihin.
Nämä verkot tukevat toimintoja, jotka ovat olennainen osa elämäämme. Ilman edes vähän toimivia aivoja useimmat hyväksyisivät, ei ole merkityksellistä elämää. Tiede on yrittänyt valaista tätä elintoimintamme tärkeintä.
Aivokartoituksen historia
Ymmärtäminen aivot ei yhtenäisenä, yhtenäisenä elimenä, vaan erillisistä alueista koostuvana elimenä on käsite, joka on ollut olemassa yli 100 vuotta. Vuonna 1909 Korbinian Brodmann kirjoitti paperin, jossa kuvataan aivokuoren kartta, joka jakaa aivojen pinnan 43 alueelle. Hän erotti nämä alueet ohuiksi leikatun aivokudoksen näytteiden perusteella, jotka osoittavat selvästi solurungon värjäytymismallit. Solujen arkkitehtuuria voitaisiin käyttää aivojen jakamiseen erillisiin alueisiin.
Brodmannin yritykset olivat erittäin vaikuttavia. Anatomisen rakenteen korrelaatio aivotoiminnan kanssa oli ainutlaatuista. Se antoi kehyksen kehittää yritystä yhdistää vahinko tiettyihin rakenteisiin toiminnan jatkuvaan menetykseen. Hänen alkuperäinen kartta auttaa edelleen neurotieteilijöitä lokalisoimaan havainnot aivojen kuvantamiseen, kuten saatetaan saada aivohalvauksen, traumaattisen vamman tai kasvaimen yhteydessä.
Aivokartoitus tänään
Aivan kuten muita karttoja saatetaan tarkentaa ajan myötä, jatkotyö on laajentanut ymmärrystämme aivojen kudosten topografisesta järjestyksestä. Brain Activity Map Project luotiin edistämään tällaisia edistysaskeleita. Tätä hanketta puolustettiin Lontoon Kavli-säätiön Miyoung Chunin järjestämässä konferenssissa syyskuussa 2011.
Tutkijat ovat edelleen edistäneet aivojen rakenteen ymmärtämistä.
Vuonna 2016 aivot jaettiin edelleen 180 erilliseen pakettiin, jotka osoittivat selkeät erot rakenteessa, toiminnassa ja liitettävyydessä - 97 mukana olleet alueet kuvattiin ensimmäistä kertaa.
Nämä uudemmat kartat on rakennettu käyttämällä magneettikuvausmenetelmiä (MRI), mukaan lukien toiminnallinen MRI (fMRI), jotka mittaavat veren virtausta vasteena erilaisille (hyvin spesifisille) henkisille tehtäville.
Tämäntyyppiseen kartoitukseen kuuluu hitaasti liikkuminen aivojen pinnan yli, kunnes merkittävät muutokset havaitaan kahdessa tai useammassa itsenäisessä ominaisuudessa, mikä auttaa rajaamaan karttaa. Vaikka alueiden lukumäärä voi olla yhtenäinen, koot vaihtelevat yksilöllisesti. Nämä erot voivat merkittävästi erottaa kognitiiviset ja luovat kyvyt sekä mahdollisen aivosairauksien, kuten Alzheimerin, Parkinsonin ja jopa masennuksen, riskin.
Aivojen jakaminen pienempiin paloihin voi auttaa neurotieteilijöitä ymmärtämään, miten se toimii kokonaisuutena. Yksittäiset mittaukset voivat kuitenkin osoittautua epätäydellisiksi, mikä antaa harhaanjohtavan kuvan aivoista ja niiden toiminnasta.
Kartoitus selittää myös vähän perustavanlaatuisesta biokemiasta. Se ei myöskään välttämättä selvitä pienryhmien tai jopa tärkeiden yksittäisten hermosolujen roolia. Teknologian kehittyessä kartoitusta voidaan tarvita uudelleen.
Solutasolla näkyvien rakenteellisten erojen lisäksi voi olla mahdollista organisoida aivojen kudokset sen toiminnan ja yhteenliittämisen perusteella. Poliittisella ja taloudellisella tuella tämä projekti koottiin laajemmaksi BRAIN-aloitteeksi.
Tutkimusrahoitus tukee BRAIN-aloitetta
Aivojen monimutkaisuuden purkaminen vaatii lähes ennennäkemättömän tason yhteistyötä tiedeyhteisössä, halua työskennellä yhdessä geopoliittisten kuilujen yli ja resurssien yhdistämistä globaalissa julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuudessa.
Alun perin nimellä Brain Activity Map, Brain Research by Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative aloitti presidentti Barack Obama Yhdysvalloissa 2. huhtikuuta 2013.
BRAIN Initiative pyrkii kartoittamaan satojen tuhansien neuronien toimintaa samanaikaisesti, kun ne toimivat ohikiitävän ajatuksen nopeudella.
Ennen tämän projektin toiveiden tarkastelua on tärkeää tunnistaa, että amerikkalaiset eivät ole yksin pyrkimyksissä.
Itse asiassa BRAIN-projekti liittyy muihin maailmanlaajuisiin aloitteisiin, jotka ovat osa maailmanlaajuista pyrkimystä ymmärtää aivojen sisempi toiminta paremmin. Kansainvälinen aivohalvaus käynnistettiin 19. syyskuuta 2016 Yhdistyneiden Kansakuntien yleiskokouksen yhteydessä pidetyssä kokouksessa. Yhdysvaltain kansallinen unisäätiö ja National Institute of Health (NIH) ovat sitoutuneet resursseihin projektin kehittämiseen ja tukemiseen.
Tarvittavan tieteellisen tutkimuksen ohjaamiseksi tarvittavan yksityiskohtaisen suunnitelman kehittämisen lisäksi aikataulut, virstanpylväät ja arvioidut kustannukset sekä taloudellinen tuki on hankittava ja pidettävä yllä. Aivokartoitushanke ja laajempi BRAIN-aloite rahoitettiin alun perin yli 100 miljoonalla dollarilla, ja sen odotetaan maksavan miljardeja dollareita yli vuosikymmenen ajan.
Julkisten tutkimusrahojen lisäksi yksityiset ponnistelut dynaamisessa aivokartoituksessa ovat olleet:
- Allen Brain Science -instituutti Seattlessa (60 miljoonaa dollaria vuodessa 4 vuoden aikana)
- Howard Hughes Medical Institute Virginiassa (menot vähintään 30 miljoonaa dollaria vuodessa)
- Kavli-säätiö Oxnardissa, Kaliforniassa (4 miljoonaa dollaria vuodessa kymmenen vuoden ajan)
- Salk Institute for Biological Studies San Diegossa (sitoutunut 28 miljoonaan dollariin ponnisteluihin)
Yhteistoiminnallisen, julkisen ja yksityisen tutkimusaloitteen tavoitteena on viime kädessä tukea innovatiivisten tekniikoiden kehittämistä, jotka voivat luoda dynaamisen käsityksen aivotoiminnasta.
BRAIN-projektin keskeiset tavoitteet
BRAIN-aloitteen laajempi tehtävä on "syventää ymmärrystä ihmismielen sisäisestä toiminnasta ja parantaa aivojen häiriöiden hoitamista, ehkäisemistä ja parantamista". Tämän saavuttamiseksi on kehitettävä uusi tekniikka, jolla tutkitaan aivojen solujen ja piirien vuorovaikutusta paljastamalla lopulta aivotoiminnan ja käyttäytymisen monimutkaiset yhteydet.
Tällä projektilla on useita keskeisiä tavoitteita, ja on olemassa lukemattomia tapoja, joilla ne voidaan toteuttaa seuraavan vuosikymmenen aikana.
- Edistä neuroteknologiaa: Lupaavien tutkimusten taloudellinen tuki johtaa teknologian nopeaan kehitykseen, joka paitsi auttaa meitä ymmärtämään aivojen taustaa myös myös siihen vaikuttavien häiriöiden diagnosointia ja hoitoa. Innovaatiot, tieteelliset läpimurrot ja laitteiden kehitys edellyttävät insinööreistä ja neurotieteilijöistä koostuvia monialaisia ryhmiä.
- Helpottaa dynaamista kuvantamista: Jos nykyinen aivokuvantaminen on kuin selaus valokuvapinossa, uudempi tekniikka tuottaa dynaamisia kuvia, kuten aivotoiminnan seuraaminen reaaliajassa. Kuvantamisteknologiaa on kehitettävä, jotta nämä toiminnot voidaan visualisoida suuremmalla resoluutiolla erilaisissa tila- ja aika-asteikoissa.
- Tutki aivojen toiminnallisuutta: Aivot eivät ole staattinen elin; se aktiivisesti tallentaa, käsittelee, tallentaa, noutaa ja käyttää valtavia määriä tietoa melkein välittömästi. Tämän kapasiteetin ymmärtämiseksi aivot on tutkittava reaaliajassa useilla mahdollisilla modaliteeteilla, joista monia ei tällä hetkellä ole.
- Linkitä käyttäytyminen toimintoon: Aivotoiminnan ulkoinen ilmentymä havaitaan käyttäytymisenä. Monimutkaisempaa on lukemattomia tapoja, joilla joku voidaan huomata käyttäytyvän. Kehittyneiden laskennallisten mallien avulla voi olla mahdollista selvittää nämä mallit ja edelläkävijämallit halutun käyttäytymisen parantamiseksi.
- Paranna kuluttajasovelluksia: Lääketieteelliset laitteet, jotka ovat vuorovaikutuksessa aivokudoksen kanssa, voivat vaikuttaa syvästi tulevaan elämäämme, ja sääntelyn on edistettävä kuluttajien terveyttä ja hyvinvointia. Näiden tekniikoiden tuominen kuluttajille sekä turvallisuuden että tehokkuuden kannalta on avain kentän edetessä.
Aivokartoitusprojektin edut ja haitat
Voi tuntua siltä, että neurotieteiden alalla on rajattomat mahdollisuudet ja rajattomat mahdollisuudet. Kun edistämme tietoa aivoista, saamme läheisen käsityksen siitä, mitä tarkoittaa olla ihminen. Aivokartoitusprojektilla voi kuitenkin olla joitain mahdollisia haittoja.
- Rahan valuminen: Tällainen suuri projekti voi saada taloudellista tukea ja huomiota muista kelvollisista syistä. Hallitus tai voittoa tavoittelemattomat järjestöt voivat leikata tätä rahoitusta äkillisesti.
- Erilaiset tutkimusprioriteetit: Kaikilla tutkijoilla ei ole yhtä painopistettä. Kun heidän on pakko hakea taloudellista tukea, se voi johtaa heidät pois heidän vahvuuksistaan. Eettiset näkökohdat voivat myös rajoittaa yhteistyötä, koska kaikki tutkijat eivät osallistu esimerkiksi kädellisten tutkimukseen.
- Konflikti ja yksimielisyyden puute: Tieteellisen totuuden etsinnässä tie eteenpäin ei aina ole selvä. Vahva persoonallisuus yhdistettynä mielipide-eroihin voi johtaa ristiriitaisiin hypoteeseihin ja tutkimuksen painopisteisiin. Asiantuntijoiden välinen yksimielisyyden puute saattaa kylvää erimielisyyksiä.
- Ohitetaan pienempien maiden panokset: Vaikka teollisuusmaat voivat myöntää 300 miljoonaa dollaria tutkimusrahoitusta, kehitysmaat eivät ehkä pysty vastaavasti vetämään vaatimusta hankkeeseen. Tätä voidaan tasapainottaa osallistuvien potilaiden, malliorganismien ja kohtuuhintaisen tekniikan avulla, mutta vain, jos pöydässä on paikkaa.
- Perustiede vs. sovellettu tekniikka: Osa tieteellisestä tiedosta saadaan yksinomaan jaloa tarkoitusta edistäen tietoa. Taloudelliset kannustimet ja kyky luoda kannattavaa sovellettua tekniikkaa voivat saattaa työn painopisteen.
- Olemassa olevien resurssien integrointi: Tämä projekti perustuu aikaisempaan työhön, ja sen on löydettävä tapa integroida Yhdysvaltain Human Connectome -hanke (keskittyen aivojen rakenteellisten ja toiminnallisten yhteyksien kartoittamiseen), Euroopan unionin Human Brain Project (keskittyen perustieteeseen aivojen toiminnasta) ) ja Kanadan CBRAIN-ohjelma (joka keskittyy lääketieteessä sovellettavien tekniikoiden luomiseen) muun edellisen toiminnan ohella.
Onneksi projektin jatkuessa on paljon lupauksia ja syytä toivoon. Aivokartoitus integroi lopulta useita mittauksia, mukaan lukien:
- Kortikaalinen paksuus
- Aivotoiminto
- Yhteydet alueiden välillä
- Solujen topografinen järjestely
- Myeliinitasot (rasvaeristys, joka nopeuttaa hermosignalointia)
Tutkimustoimien yhtenäistäminen, tiimien yhteistyön ja tiedonvaihdon mahdollistaminen tiettyjen tavoitteiden saavuttamiseksi aivokartoitusprojektin alla mahdollistaa merkittävän edistymisen neurotieteessä.
Sana Verywelliltä
Aivokartoitusprojekti edustaa merkittävää sitoutumista edistymisen rahoittamiseen aivojen rakenteiden ja toimintojen välisen korrelaation ymmärtämisessä. Tehokkaat mikroskoopit, supertietokoneet ja yleiset aivokartoitustyökalut antavat tutkijoille mahdollisuuden nopeuttaa löytöjä. Nämä edistysaskeleet voivat osoittautua mahdollistavan aivojen terveyden parantamisen koko ihmiskunnalle, mutta vain, jos rahoitusta ja yhteistyötä ylläpidetään.