Smadzeņu aktivitātes karte

Ierosinātais mēģinājums kartēt smadzeņu darbību plašā mērogā, par ko Baltais nams paziņos vēlāk šajā mēnesī, varētu palīdzēt neirozinātniekiem izprast izziņas, uztveres un citu parādību izcelsmi. Šīs smadzeņu darbības līdz šim nav labi izprotamas, daļēji tāpēc, ka tās rodas lielu neironu kopu mijiedarbības rezultātā, kuru saskaņotajiem centieniem zinātnieki pašlaik nevar izsekot.

Aktīvās saites: Fluorescējoša molekula peles smadzeņu neironos spīd, kad smadzeņu šūnas aizdegas.

Ir visu veidu ievērojami instrumenti, lai pētītu atsevišķu šūnu mikroskopisko pasauli, saka Džons Donogjū, Brauna neirozinātnieks un projekta dalībnieks. Makroskopiskā ziņā mums ir tādi rīki kā MRI un EEG, kas stāsta par smadzeņu darbību un to struktūru, taču ar zemu izšķirtspēju. Vidū ir sprauga. Viņš saka, ka mums ir jāreģistrē daudzi jo daudzi neironi tieši tā, kā tie darbojas ar laika precizitāti un lielos apgabalos.

Ceturtdien publicēts raksts iekšā Zinātne tiešsaistē paplašina projekta jau tā ambiciozos mērķus, ne tikai vienlaikus reģistrēt visu smadzeņu ķēdē esošo atsevišķu neironu aktivitāti. Pētniekiem vajadzētu arī atrast veidus, kā manipulēt ar neironiem šajās shēmās un izprast ķēdes funkciju, izmantojot jaunas datu analīzes un modelēšanas metodes, raksta autori.

Izpratne par to, kā neironi sazinās viens ar otru lielos smadzeņu reģionos, būs ļoti svarīgi, lai saprastu, kā smadzenes darbojas, norāda projekta dalībnieki. Jau tiek veikti citi centieni noteikt smadzenēs esošos fiziskos savienojumus (sk. TR10: Connectomics and Mapping the Brain on a Massive Scale), taču šajos projektos aplūkotas statiskas smadzenes vai var iegūt tikai aptuvenu priekšstatu par to, kā smadzeņu reģioni. sazināties. Jaunais projekts, iespējams, sāks pielietot savas jaunās un vēl nezināmās tehnoloģijas vienkāršākām smadzenēm, piemēram, mušu smadzenēm, un, iespējams, vajadzēs gadu desmitus, lai sasniegtu savus mērķus.

Paredzams, ka šajā darbā sadarbosies daudzi neirozinātnes, nanotehnoloģiju un sintētiskās bioloģijas jomas līderi. Mums ir nepieciešams kaut kas liela mēroga, lai mēģinātu izveidot rīkus nākotnei, saka Rafaels Juste , Kolumbijas universitātes neirobiologs un projekta dalībnieks. Mēs uzskatām sevi par instrumentu izgatavotājiem. Es domāju, ka mēs varētu nodrošināt zinātnieku aprindām metodes, kuras varētu izmantot nākamajam neirozinātnes posmam.

Papildus smadzeņu pamatizpratnes padziļināšanai projekts var radīt arī jaunas psihisko un neiroloģisko traucējumu ārstēšanas metodes. Ja mēs patiesi saprotam, kā rodas tādas lietas kā domas, izziņa un citas smadzeņu iezīmes, tad mums vajadzētu labāk izprast garastāvokļa traucējumus, Parkinsona slimību, epilepsiju un citus apstākļus, kas, domājams, rodas no smadzeņu mēroga ķēdes problēmām, saka Donoghue. .

Paredzams, ka sīkāka informācija par to, kurām tehnoloģiju idejām tiks dota zaļā gaisma un cik daudz naudas tiks atbalstīta to attīstība, tiks atklāta Baltā nama paziņojumā, kas vēl gaidāms. Projektu, visticamāk, atbalstīs Nacionālie veselības institūti, Nacionālais zinātnes fonds, Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra, Zinātnes un tehnoloģiju politikas birojs un privātie fondi, norāda dalībnieki. Pagaidām nav skaidrs, cik daudz naudas būs nepieciešams vai kurām tehnoloģijām tiks piešķirta prioritāte.

Neatkarīgi no tā, kādas tehnoloģijas parādās, nanotehnoloģijas, iespējams, tiks iesaistītas daļēji tāpēc, ka ir nepieciešami mazāki un ātrāki sensori, lai reģistrētu neironu aktivitāti visā smadzenēs. Esošie sensori var reģistrēt neironu elektrisko aktivitāti, taču šīs mikroshēmas parasti var uzraudzīt mazāk nekā 100 neironus vienlaikus un nevar reģistrēt blakus esošo neironu darbību, kas būtu nepieciešams, lai saprastu, kā neironi mijiedarbojas viens ar otru. Pols Veiss , Kalifornijas Universitātes Losandželosas Kalifornijas nanosistēmu institūta direktors, projekta dalībnieks, saka, ka šo problēmu varētu atrisināt ar nanofabrikācijas metodēm, jo ​​mazākās mikroshēmās ir mazākas elektriskās un pat ķīmiskās zondes. Viņš saka, ka vairāk nekā desmit gadus esam ieguldījuši diezgan ievērojamus ieguldījumus zinātnē un tehnoloģijā, lai attīstītu spēju … kontrolēt, kā mūsu radītais mijiedarbojas ar ķīmisko, fizisko un bioloģisko pasauli.

Jaunas optiskās metodes varētu arī palīdzēt kartēšanas projektā. Pašlaik daudzas pētniecības grupas izmanto pret kalciju jutīgas fluorescējošas krāsvielas, lai pētītu neironu degšanu, bet Yuste vēlas izstrādāt optisku paņēmienu, kas ātrākai nolasīšanai izmanto spriegumam jutīgas fluorescējošas krāsvielas. Viņš saka, ka neironi sazinās, izmantojot spriegumu. Mēs vēlētos izstrādāt sprieguma attēlveidošanu, lai mēs varētu tieši izmērīt neironu aktivitāti.

Lai gan daudzas lietas par projektu ir neskaidras, viena lieta ir skaidra — būs daudz datu, ko uzglabāt, koplietot un analizēt. Mēs tikko esam sākuši saskrāpēt virsmu par to, kā jūs strādājat ar datiem augstas dimensijas telpās, saka Terijs Sejnovskis, skaitļošanas neirozinātnieks no Salk institūta. Ja jūs runājat par vienu miljonu neironu, neviens pat nevar iedomāties, kā tas izskatās – tas ir daudz tālāk par to, ko mēs varam uztvert trīs dimensijās.

The Zinātne rakstā ir arī ieskicēts aptuvens laika posms. Piecu gadu laikā vajadzētu būt iespējai uzraudzīt desmitiem tūkstošu neironu; 15 gadu laikā vajadzētu būt vienam miljonam neironu. Mušas smadzenēs ir aptuveni 100 000 neironu, peles – aptuveni 75 miljoni, bet cilvēka – aptuveni 85 miljardus. Ar vienu miljonu neironu zinātnieki varēs novērtēt visu zebrafish smadzeņu vai vairāku apgabalu darbību no peles smadzeņu garozas, raksta autori.

paslēpties