Περιεχόμενο
- Τι είναι η χαρτογράφηση εγκεφάλου;
- Η χρηματοδότηση της έρευνας υποστηρίζει την πρωτοβουλία BRAIN
- Βασικοί στόχοι του εγκεφάλου έργου
- Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του εγκεφάλου Mapping Project
Τι είναι η χαρτογράφηση εγκεφάλου;
Σταματήστε για μια στιγμή να σκεφτείτε τον εγκέφαλο. Μπορεί να περιέχει 100 δισεκατομμύρια κελιά. Κάθε κύτταρο, που ονομάζεται νευρώνας, μπορεί να συνδεθεί με δεκάδες χιλιάδες άλλα κύτταρα του εγκεφάλου.
Αυτά τα δίκτυα υποστηρίζουν λειτουργίες που είναι αναπόσπαστες στη ζωή μας. Χωρίς έναν ελάχιστα λειτουργούσα εγκέφαλο, οι περισσότεροι θα συναινέσουν, δεν υπάρχει ουσιαστική ζωή. Η επιστήμη προσπάθησε να φωτίσει αυτό το πιο ζωτικής σημασίας όργανο μας.
Η ιστορία της χαρτογράφησης εγκεφάλου
Η κατανόηση του εγκεφάλου όχι ως ένα ενιαίο, ομοιόμορφο όργανο, αλλά ως αυτό που αποτελείται από διακριτές περιοχές είναι μια έννοια που υπάρχει εδώ και περισσότερα από 100 χρόνια. Το 1909, ο Korbinian Brodmann έγραψε ένα έγγραφο που περιγράφει έναν χάρτη του εγκεφαλικού φλοιού, χωρίζοντας την επιφάνεια του εγκεφάλου σε 43 περιοχές. Διαχώρισε αυτές τις περιοχές με βάση δείγματα λεπτού εγκεφαλικού ιστού που δείχνουν ξεχωριστά μοτίβα χρώσης κυτταρικού σώματος. Η αρχιτεκτονική των κυττάρων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να χωρίσει τον εγκέφαλο σε ξεχωριστές περιοχές.
Οι προσπάθειες του Brodmann ήταν εξαιρετικά επιρροές. Η συσχέτιση της ανατομικής δομής με τη λειτουργία του εγκεφάλου ήταν μοναδική. Επιτρεπόταν να αναπτυχθεί ένα πλαίσιο που προσπάθησε να συνδέσει τη ζημιά σε συγκεκριμένες δομές με συνεπή απώλεια λειτουργίας. Ο αρχικός χάρτης του εξακολουθεί να βοηθά τους νευροεπιστήμονες να εντοπίσουν τα ευρήματα στην απεικόνιση του εγκεφάλου, όπως θα μπορούσε να ληφθεί στο περιβάλλον του εγκεφαλικού επεισοδίου, του τραυματικού τραυματισμού ή του όγκου.
Χαρτογράφηση εγκεφάλου σήμερα
Ακριβώς όπως άλλοι χάρτες μπορεί να βελτιωθούν με την πάροδο του χρόνου, η περαιτέρω εργασία επέκτεινε την κατανόησή μας για την τοπογραφική οργάνωση των ιστών του εγκεφάλου. Το Brain Activity Map Project δημιουργήθηκε για την προώθηση τέτοιων εξελίξεων. Αυτό το έργο πρωτοστατήθηκε σε συνέδριο που διοργάνωσε ο Miyoung Chun από το Ίδρυμα Kavli στο Λονδίνο τον Σεπτέμβριο του 2011.
Οι επιστήμονες συνέχισαν να προωθούν την κατανόηση της δομής του εγκεφάλου.
Το 2016, ο εγκέφαλος υποδιαιρέθηκε περαιτέρω σε 180 ξεχωριστά αγροτεμάχια που δείχνουν σαφείς διαφορές στη δομή, τη λειτουργία και τη συνδεσιμότητα-περιλαμβάνονται περιοχές που περιλαμβάνονται 97 για πρώτη φορά.
Αυτοί οι νεότεροι χάρτες κατασκευάζονται με τη χρήση τεχνικών μαγνητικής τομογραφίας (MRI), συμπεριλαμβανομένης της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI), οι οποίες μετρούν τη ροή του αίματος σε απόκριση σε διαφορετικές (πολύ συγκεκριμένες) νοητικές εργασίες.
Αυτός ο τύπος χαρτογράφησης περιλαμβάνει αργή κίνηση στην επιφάνεια του εγκεφάλου έως ότου παρατηρηθούν σημαντικές αλλαγές σε δύο ή περισσότερες ανεξάρτητες ιδιότητες, βοηθώντας να οριοθετηθούν τα σύνορα στον χάρτη. Αν και ο αριθμός των περιοχών μπορεί να είναι συνεπής, τα μεγέθη διαφέρουν από άτομο σε άτομο. Αυτές οι διαφορές μπορεί να διακρίνουν σημαντικά τις γνωστικές και δημιουργικές ικανότητες, καθώς και τον πιθανό κίνδυνο για ασθένειες που σχετίζονται με τον εγκέφαλο, όπως το Αλτσχάιμερ, το Πάρκινσον και ακόμη και η κατάθλιψη.
Ο διαχωρισμός του εγκεφάλου σε μικρότερα κομμάτια μπορεί να βοηθήσει τους νευροεπιστήμονες να εκτιμήσουν πώς λειτουργεί συνολικά. Ωστόσο, οι μεμονωμένες μετρήσεις μπορεί να αποδειχθούν ελλιπείς, παρέχοντας μια παραπλανητική εικόνα του εγκεφάλου και της λειτουργίας του.
Η χαρτογράφηση εξηγεί επίσης λίγα για τη βιοχημεία που είναι θεμελιώδης. Μπορεί επίσης να αποτύχει να διευκρινίσει το ρόλο των μικρών ομάδων ή ακόμη και των σημαντικών μονών νευρώνων. Καθώς εξελίσσεται η τεχνολογία, ενδέχεται να απαιτούνται επαναλαμβανόμενες προσπάθειες χαρτογράφησης.
Πέρα από τις διαρθρωτικές διαφορές που φαίνονται σε κυτταρικό επίπεδο, μπορεί να είναι δυνατή η οργάνωση των ιστών του εγκεφάλου με βάση τη δραστηριότητα και τις διασυνδέσεις του. Με πολιτική και οικονομική υποστήριξη, αυτό το έργο εντάχθηκε σε μια ευρύτερη πρωτοβουλία BRAIN.
Η χρηματοδότηση της έρευνας υποστηρίζει την πρωτοβουλία BRAIN
Η επίλυση της πολυπλοκότητας του εγκεφάλου απαιτεί ένα σχεδόν άνευ προηγουμένου επίπεδο συνεργασίας εντός της επιστημονικής κοινότητας, την προθυμία να συνεργαστούν μεταξύ γεωπολιτικών διαφορών και συγκέντρωση πόρων σε μια παγκόσμια εταιρική σχέση δημόσιου-ιδιωτικού τομέα.
Αρχικά ονομάστηκε Brain Activity Map, η Brain Research μέσω της πρωτοβουλίας Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) ξεκίνησε από τον Πρόεδρο Μπαράκ Ομπάμα στις Ηνωμένες Πολιτείες στις 2 Απριλίου 2013.
Η πρωτοβουλία BRAIN φιλοδοξεί να χαρτογραφήσει τη λειτουργία εκατοντάδων χιλιάδων νευρώνων ταυτόχρονα, καθώς λειτουργούν με την ταχύτητα μιας φευγαλέας σκέψης.
Πριν εξετάσουμε τις φιλοδοξίες αυτού του έργου, είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι οι Αμερικανοί δεν είναι μόνοι στην προσπάθεια.
Στην πραγματικότητα, το πρόγραμμα BRAIN ενώνει άλλες παγκόσμιες πρωτοβουλίες που αποτελούν μέρος μιας παγκόσμιας ώθησης για την καλύτερη κατανόηση των εσωτερικών λειτουργιών του εγκεφάλου. Στις 19 Σεπτεμβρίου 2016, η Διεθνής Πρωτοβουλία Εγκεφάλου ξεκίνησε σε μια συνάντηση που συνοδεύει τη Γενική Συνέλευση των Ηνωμένων Εθνών. Το Εθνικό Ίδρυμα ύπνου και το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας (NIH) στις ΗΠΑ έχουν δεσμευτεί πόρους για την ανάπτυξη και υποστήριξη του έργου.
Πέρα από την ανάπτυξη ενός λεπτομερούς σχεδίου για την καθοδήγηση της απαραίτητης επιστημονικής έρευνας - συμπεριλαμβανομένων χρονοδιαγραμμάτων, ορόσημων και εκτιμώμενου κόστους - η οικονομική υποστήριξη πρέπει να αποκτηθεί και να διατηρηθεί. Το Brain Mapping Project, και η ευρύτερη BRAIN Initiative, χρηματοδοτήθηκε αρχικά με περισσότερα από 100 εκατομμύρια δολάρια και αναμένεται να κοστίσει δισεκατομμύρια δολάρια για περισσότερο από μια δεκαετία.
Πέρα από τα δημόσια ερευνητικά χρήματα, οι ιδιωτικές προσπάθειες στη δυναμική χαρτογράφηση εγκεφάλου περιλαμβάνουν:
- Allen Institute for Brain Science στο Σιάτλ (60 εκατομμύρια δολάρια ετησίως για 4 χρόνια)
- Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes στη Βιρτζίνια (δαπάνες τουλάχιστον 30 εκατομμύρια δολάρια ετησίως)
- Ίδρυμα Kavli στο Όξναρντ της Καλιφόρνια (δαπανά 4 εκατομμύρια δολάρια ετησίως για δέκα χρόνια)
- Ινστιτούτο Βιολογικών Μελετών Salk στο Σαν Ντιέγκο (δεσμεύοντας 28 εκατομμύρια δολάρια για προσπάθειες)
Η συνεργατική ερευνητική πρωτοβουλία δημόσιου-ιδιωτικού τομέα έχει τελικά στόχο να υποστηρίξει την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών που μπορούν να δημιουργήσουν μια δυναμική κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου.
Βασικοί στόχοι του εγκεφάλου έργου
Η ευρύτερη αποστολή της πρωτοβουλίας εγκεφάλου είναι «να εμβαθύνει την κατανόηση των εσωτερικών λειτουργιών του ανθρώπινου νου και να βελτιώσει τον τρόπο αντιμετώπισης, πρόληψης και θεραπείας διαταραχών του εγκεφάλου». Για να επιτευχθεί αυτό, πρέπει να αναπτυχθεί νέα τεχνολογία για να διερευνήσει πώς αλληλεπιδρούν τα κύτταρα και τα κυκλώματα του εγκεφάλου, αποκαλύπτοντας τελικά τους πολύπλοκους δεσμούς μεταξύ της λειτουργίας του εγκεφάλου και της συμπεριφοράς.
Υπάρχουν διάφοροι βασικοί στόχοι αυτού του έργου και υπάρχουν πολλοί τρόποι που θα μπορούσαν να υλοποιηθούν την επόμενη δεκαετία.
- Προώθηση της νευροτεχνολογίας: Η οικονομική υποστήριξη της πολλά υποσχόμενης έρευνας θα οδηγήσει στην ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας που όχι μόνο μας βοηθά να κατανοήσουμε τα θεμέλια του εγκεφάλου, αλλά και πώς να διαγνώσουμε και να θεραπεύσουμε τις διαταραχές που τον επηρεάζουν. Η καινοτομία, οι επιστημονικές ανακαλύψεις και η ανάπτυξη συσκευών θα απαιτήσουν πολυεπιστημονικές ομάδες μηχανικών και νευροεπιστημόνων.
- Διευκόλυνση της δυναμικής απεικόνισης: Εάν η τρέχουσα απεικόνιση του εγκεφάλου μοιάζει να ξεφεύγει από μια στοίβα φωτογραφιών, η νεότερη τεχνολογία θα παράγει δυναμικές εικόνες, όπως η παρακολούθηση μιας λειτουργίας του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο. Η τεχνολογία απεικόνισης πρέπει να προχωρήσει για να απεικονίσει αυτές τις λειτουργίες σε υψηλότερη ανάλυση σε διαφορετικά διαστήματα χώρου και χρόνου.
- Εξερευνήστε τη λειτουργικότητα του εγκεφάλου: Ο εγκέφαλος δεν είναι στατικό όργανο. Καταγράφει ενεργά, επεξεργάζεται, αποθηκεύει, ανακτά και χρησιμοποιεί τεράστια ποσότητα πληροφοριών σχεδόν στιγμιαία. Για να κατανοήσουμε αυτήν την ικανότητα, ο εγκέφαλος πρέπει να διερευνηθεί σε πραγματικό χρόνο με πολλές πιθανές μεθόδους, πολλές από τις οποίες δεν υπάρχουν προς το παρόν.
- Συνδέστε τη συμπεριφορά με τη λειτουργία: Η εξωτερική εκδήλωση της εγκεφαλικής λειτουργίας παρατηρείται ως συμπεριφορά. Αυτό που είναι πιο περίπλοκο είναι οι μυριάδες τρόποι που κάποιος μπορεί να σημειωθεί ότι συμπεριφέρεται. Με τη χρήση προηγμένων υπολογιστικών μοντέλων, μπορεί να είναι δυνατόν να ξεκαθαρίσουμε αυτά τα μοτίβα και πρωτοποριακά μοντέλα για να βελτιώσουμε τις επιθυμητές συμπεριφορές.
- Βελτιώστε τις εφαρμογές των καταναλωτών: Οι ιατρικές συσκευές που αλληλεπιδρούν με τον εγκεφαλικό ιστό μπορούν να επηρεάσουν βαθιά τη μελλοντική μας ζωή και η ρύθμιση πρέπει να προάγει την υγεία και την ευημερία των καταναλωτών. Το να προσφέρουμε αυτές τις τεχνολογίες στους καταναλωτές με γνώμονα τόσο την ασφάλεια όσο και την αποτελεσματικότητα είναι το κλειδί καθώς προχωρά ο τομέας.
Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του εγκεφάλου Mapping Project
Φαίνεται ότι υπάρχουν απεριόριστες ευκαιρίες και απεριόριστες δυνατότητες στον τομέα της νευροεπιστήμης. Καθώς προωθούμε τη γνώση για τον εγκέφαλο, αποκτούμε μια οικεία κατανόηση του τι σημαίνει να είσαι άνθρωπος. Ωστόσο, το εγκεφαλικό σχέδιο χαρτογράφησης μπορεί να έχει κάποια πιθανά μειονεκτήματα.
- Διαρροή χρημάτων: Ένα μεγάλο έργο όπως αυτό μπορεί να αποπνέει οικονομική υποστήριξη και προσοχή από άλλες αξιόλογες αιτίες. Αυτή η χρηματοδότηση θα μπορούσε να περικοπεί απότομα από κυβερνητικούς ή μη κερδοσκοπικούς οργανισμούς.
- Διαφορετικές ερευνητικές προτεραιότητες: Δεν έχουν όλοι οι επιστήμονες την ίδια εστίαση. Όταν αναγκάζονται να ζητήσουν οικονομική υποστήριξη, αυτό μπορεί να τους οδηγήσει μακριά από τα δυνατά τους σημεία. Οι ηθικοί προβληματισμοί μπορεί επίσης να περιορίσουν τη συνεργασία, καθώς δεν θα συμμετέχουν όλοι οι επιστήμονες στην έρευνα πρωτευόντων.
- Σύγκρουση και έλλειψη συναίνεσης: Στην αναζήτηση επιστημονικής αλήθειας, η πορεία προς τα εμπρός δεν είναι πάντα ξεκάθαρη. Ισχυρές προσωπικότητες σε συνδυασμό με διαφορετικές απόψεις μπορεί να οδηγήσουν σε συγκρουόμενες υποθέσεις και ερευνητικές προτεραιότητες. Αυτή η έλλειψη συναίνεσης μεταξύ των εμπειρογνωμόνων μπορεί να προκαλέσει διαφωνίες.
- Αγνοώντας τις συνεισφορές από μικρότερες χώρες: Αν και οι βιομηχανικές χώρες μπορεί να συνεισφέρουν 300 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση της έρευνας, οι αναπτυσσόμενες χώρες ενδέχεται να μην μπορούν να συμμετάσχουν σε παρόμοια αξίωση στο έργο. Αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί με τη συμβολή ασθενών, μοντέλων οργανισμών και προσιτών τεχνολογιών - αλλά μόνο εάν υπάρχει μια θέση που προσφέρεται στο τραπέζι.
- Βασική επιστήμη έναντι εφαρμοσμένης τεχνολογίας: Ορισμένες επιστημονικές γνώσεις αποκτώνται αποκλειστικά με τον ευγενή στόχο της προώθησης της γνώσης. Τα οικονομικά κίνητρα και η ικανότητα δημιουργίας μιας εφαρμοσμένης τεχνολογίας που μπορεί να είναι κερδοφόρα, μπορεί να οδηγήσει στο επίκεντρο της προσπάθειας.
- Ενσωμάτωση υπαρχόντων πόρων: Αυτό το έργο βασίζεται σε προηγούμενη εργασία και πρέπει να βρει έναν τρόπο ενσωμάτωσης του έργου Human Connectome των ΗΠΑ (με επίκεντρο τη χαρτογράφηση των δομικών και λειτουργικών συνδέσεων του εγκεφάλου), το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Εγκεφάλου της Ευρωπαϊκής Ένωσης (εστιάζοντας στη βασική επιστήμη του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου) ), και το πρόγραμμα CBRAIN του Καναδά (με επίκεντρο τη δημιουργία τεχνολογιών που μπορούν να εφαρμοστούν στην ιατρική), μεταξύ άλλων προηγούμενων προσπαθειών.
Ευτυχώς, υπάρχει πολλή υπόσχεση και λόγος ελπίδας καθώς το έργο συνεχίζεται. Η χαρτογράφηση εγκεφάλου θα ενσωματώσει τελικά πολλές μετρήσεις, όπως:
- Φλοιώδες πάχος
- Λειτουργία εγκεφάλου
- Συνδεσιμότητα μεταξύ περιοχών
- Τοπογραφική οργάνωση κυττάρων
- Επίπεδα μυελίνης (λιπαρή μόνωση που επιταχύνει τη νευρική σηματοδότηση)
Η ενοποίηση των ερευνητικών προσπαθειών, επιτρέποντας στις ομάδες να συνεργάζονται και να ανταλλάσσουν πληροφορίες, να επιδιώκουν συγκεκριμένους στόχους κάτω από το πλαίσιο του εγκεφάλου Mapping Project θα επιτρέψει σημαντικές εξελίξεις στη νευροεπιστήμη.
Μια λέξη από το Verywell
Το εγκεφαλικό σχέδιο χαρτογράφησης αντιπροσωπεύει μια αξιοσημείωτη δέσμευση για τη χρηματοδότηση της προόδου στην κατανόηση της σχέσης μεταξύ δομών και λειτουργιών στον εγκέφαλο. Ισχυρά μικροσκόπια, πόροι υπερυπολογιστών και καθολικά εργαλεία χαρτογράφησης εγκεφάλου θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να επισπεύσουν την ανακάλυψη. Αυτές οι εξελίξεις μπορεί να αποδειχθούν ικανές να βελτιώσουν την υγεία του εγκεφάλου για όλη την ανθρωπότητα, αλλά μόνο εάν διατηρηθεί η χρηματοδότηση και η συνεργασία.