Kodėl Obamos smegenų žemėlapių sudarymo projektas yra svarbus

Praėjusią savaitę prezidentas Obama oficialiai paskelbė apie 100 milijonų dolerių finansavimą, ko gero, ambicingiausiai kada nors pasiūlytai neurologijos iniciatyvai.

The Smegenų tyrimai tobulinant naujoviškas neurotechnologijas , arba BRAIN, kaip dabar vadinamas projektas, siekiama atkurti kiekvieno neurono veiklą, kai jie vienu metu suveikia skirtingose ​​smegenų grandinėse, o gal net ištisose smegenyse.

Kitas puikus amerikietiškas projektas, kaip jį pavadino Obama, galėtų padėti neurologams suprasti pažinimo, suvokimo ir kitos mįslingos smegenų veiklos ištakas, kurios gali paskatinti naujus, veiksmingesnius gydymo būdus tokioms ligoms kaip autizmas ar nuotaikos sutrikimai ir padėti veteranams, kenčiantiems nuo smegenų sužalojimai.

Didelis smegenų mokslas taip pat yra europiečių protuose; Europos Sąjunga neseniai paskelbė apie beveik 1,2 milijardo eurų 10 metų pasiūlymą skaičiuojant imituoja žmogaus smegenis nuo molekulių ir neuronų lygio iki neuronų grandinių.

Įvairios priemonės – iš genetikos ir molekulinės biologijos – padėjo tyrėjams suprasti, kaip neuronai elgiasi kaip individai. Tačiau dabar neurologai gali ištirti tik kelių šių smegenų ląstelių aktyvumą vienu metu, naudodami įtampos jutimo elektrodų zondus.

Kitos pastangos nustatyti fizinius ryšius smegenyse jau vykdomos, tačiau šiuose projektuose nagrinėjamos negyvos smegenys arba pateikiamas tik apytikslis, mažos skiriamosios gebos vaizdas apie tai, kaip smegenų regionai bendrauja. Pavyzdžiui, Alleno smegenų mokslo institutas sukūrė keletą vadinamųjų smegenų atlasų, kurie atvaizduoja fizinius ryšius tarp skirtingų rūšių smegenų neuronų ir kiekvieno neurono unikalios genetikos modelius. Nors šie statiniai žemėlapiai yra puikūs norint sužinoti apie smegenų architektūrą, jie nepateikia informacijos apie tai, kaip neuronų veikla lemia smegenų funkciją.

Galima gauti apytikslį visos nervų grandinės veiklos vaizdą naudojant tokius įrankius kaip MRT ir EEG, tačiau tik esant mažai skyrai. Smegenų elgesys tarp šių dviejų skalių – kaip tūkstančiai ar milijonai neuronų sąveikauja, kad kontroliuotų atskirų smegenų grandinių elgesį – buvo nepasiekiamas. Mokslininkai dar nesupranta, kaip sudėtinga daugelio neuronų sąveika vienu metu sukelia nervų grandinės funkciją.

Iniciatyva BRAIN siūlo sukurti naujas technologijas, kurios galėtų vienu metu registruoti tūkstančių, jei ne milijonų ar milijardų neuronų veiklą tokiu laiku, kuris atitiktų elgesį ir protinę veiklą. Iniciatyva greičiausiai bus skirta atskiroms smegenų grandinėms įvairiose gyvūnų rūšyse, siekiant suprasti, kaip neuronai veikia kartu ir sukelia elgesį, nuotaikas ir kitus psichinius reiškinius.

Norint pasiekti BRAIN tikslus, reikės kurti naujas technologijas, kurios greičiausiai pasinaudos naujausia nanotechnologijų pažanga. Esami jutikliai gali įrašyti elektrinį neuronų aktyvumą, tačiau paprastai vienu metu gali stebėti mažiau nei 100 neuronų.

Nauji mikro ir nanogamybos metodai galėtų būti naudojami kuriant mažesnius lustus su mažesniais elektriniais ir net cheminiais zondais, kurie būtų mažiau invaziniai. Pavyzdžiui, nanozondai, turintys kelias dešimtis elektrodų, gali būti sukrauti, kad būtų galima ištirti šimtus tūkstančių įrašymo vietų ir perduoti duomenis belaidžiu būdu.

Arba nanodalelės, nešančios molekules, kurios jas atneša į tam tikrus ląstelių tipus, gali įsitvirtinti ląstelių membranose, todėl chirurginio įdėjimo nereikėtų. Nanodalelės taip pat gali turėti molekules, kurios gali jausti elektrinį aktyvumą, slėgį ar net tam tikras chemines medžiagas, atskleidžiančias smegenų veiklą.

Nauji optiniai metodai taip pat galėtų padėti kartografavimo projektui. Kai neuronas užsidega, kalcio kiekis ląstelėse didėja, todėl daugelis tyrimų grupių naudoja kalciui jautrius fluorescencinius dažus neuronų veiklai tirti. Tačiau šis matavimas pašalinamas iš tikrojo neurono elektrinio aktyvumo. Įtampai jautri fluorescencinė molekulė arba kita vaizdo gavimo medžiaga gali suteikti tikslesnį veiklos vaizdą.

Sintetinė biologija galėtų būti dar viena naudinga priemonė. Fermentai, sudarantys DNR grandines, yra jautrūs jonų koncentracijai ir sukels daugiau klaidų jų DNR gamyboje, kai yra kalcio. Taigi šie fermentai gali būti naudojami kaip neuronų aktyvumo jutikliai. Iš anksto nustatyta DNR seka gali būti implantuojama į neuronus ir, kai ji yra nukopijuota, gauta DNR grandinė būtų klaidų, atitinkančių neuronų veiklos modelius, įrašas. Klaidomis aptiktos skirtingų neuronų gijos vėliau gali būti sekvenuotos.

Tyrėjai nubrėžė apytikslį projekto planą a 2012 m. pasiūlymas . Iniciatyva greičiausiai prasidės nuo patobulintų kalcio vaizdavimo metodų, skirtų neuronų uždegimui registruoti, kūrimo, o po to neuronų aktyvumo įtampa. Kadangi šiais dviem metodais būtų nagrinėjamos tik paviršiaus struktūros (nes šviesa negali toli nukeliauti į smegenų audinį), trečias žingsnis galėtų būti didelių nanozondų matricų kūrimas.

Per pirmuosius penkerius metus iniciatyva gali prasidėti nuo mažų grandinių, tokių kaip visa nematodo nervų sistema C. elegans (kurioje yra tik 302 neuronai ir 7000 jungčių) ir atskiros vaisinės musės smegenų grandinės. Atskiros pelės nervų sistemos grandinės, pvz., tinklainės ar uoslės centro, gali būti pašalintos per 10 metų, o per 15 metų mokslininkai gali atkurti visos pelės neokortekso neuronų aktyvumą.

Netgi netiriant žmogaus smegenų tiesiogiai, gautos įžvalgos gali turėti didelį poveikį neuromokslams ir medicinai, ty jei viskas šiame kitame dideliame Amerikos projekte vyks pagal planą.

paslėpti