Trīs lieli izaicinājumi smadzeņu zinātnei, ko var atrisināt 10 gados

Viens no lielākajiem zinātniskajiem izaicinājumiem ir izprast cilvēka smadzenes. Pētnieku grupas visā pasaulē milzīgā ātrumā vāc datus par visu, sākot no smadzeņu savienojuma un to aprēķināšanas veida līdz smadzeņu slimības būtībai un to labākai diagnosticēšanai un ārstēšanai.

Un tomēr šī darba apvienošana tādā veidā, kas rada sasniedzamus mērķus, joprojām ir problēma. Tāpēc vēlāk šomēnes starptautiskā smadzeņu zinātnes kopiena sēdēs Ņujorkā, lai noskaidrotu, kā koordinēt savu darbu svarīgu kopīgo mērķu sasniegšanai.

Bet kādiem tieši šiem mērķiem vajadzētu būt, neviens nezina. Tātad svarīgs neatrisināts jautājums ir: uz kādiem lieliem izaicinājumiem smadzeņu zinātniekiem būtu jākoncentrējas?

Šodien mēs saņemam atbildi, pateicoties prāta vētras sesijai, ko šī gada sākumā rīkoja daudzi pasaules ietekmīgākie neirozinātnieki. Viņi tagad ir publicējuši savus secinājumus un apgalvo, ka ir identificējuši trīs lielus izaicinājumus, kas ir sasniedzami nākamo 10 gadu laikā, un tāpēc tiem vajadzētu kļūt par globālās neirozinātņu kopienas uzmanības centrā.

Pirmais lielais izaicinājums cenšas saprast, kas padara smadzenes unikālas. Neirozinātnieki jau sen ir zinājuši, ka smadzeņu struktūra ir ļoti atšķirīga gan starp sugām, gan starp tām. Variācijas parādās smadzeņu anatomijā — to bioķīmijā un savienojamībā, kā arī to attīstības veidā un šajā procesā iesaistītajā gēnu ekspresijā.

Izpratne par dizaina principiem, kas regulē mainīgumu, var būt atslēga, lai izprastu intelektu un subjektīvo pieredzi, kā arī mainīguma ietekmi uz veselību un funkcijām, saka prāta vētras komanda.

Tāpēc lielais izaicinājums, ko viņi ierosina, ir kartēt šīs variācijas dažādās sugās, ko viņi sauc par anatomisko neirokartogrāfiju. Mēs ceram, ka desmit gadu laikā būsim risinājuši šo problēmu smadzenēs, tostarp, bet ne tikai, Drosophila, Zebrafish, Mouse un Marmoset, un esam izstrādājuši rīkus, lai veiktu masveida neirokartogrāfiskās analīzes, viņi saka. Rezultātā tiks izveidots vismodernākais “Virtual NeuroZoo” ar pilnībā anotētiem datiem un analītikas rīkiem analīzei un atklāšanai.

Otrs lielais izaicinājums ir noskaidrot, kā smadzenes risina sarežģītas dzīves skaitļošanas problēmas, piemēram, šķērsojot sarežģītu reljefu, tulkojot valodas un atpazīstot emocionālos stāvokļus. Tā ir ilgstoša mīkla. Kamēr pasaulē jaudīgākie datori cīnās ar šiem uzdevumiem, neskatoties uz prātam neaptveramo apstrādes jaudu un megavatu jaudu, smadzenes katru dienu to visu dara, izmantojot nedaudz vairāk par putras bļodu.

Kā smadzenes to pārvalda? Lai to noskaidrotu, prāta vētras ierosina izpētīt, kā dažādi smadzeņu komponenti darbojas kopā, lai organizētu sarežģītu uzvedību. Lai to izdarītu dabiskā vidē, būs nepieciešami jaunas paaudzes eksperimenti. Un tas prasīs saskaņotus centienus, lai pētītu šos smadzeņu mehānismus dažādos mērogos, tāpēc dažādām komandām būs cieši jāsadarbojas, lai koordinētu savu darbu. Šie eksperimenti radīs daudzpakāpju neironu sistēmu modeļus ar potenciālu veikt skaitļošanas uzdevumus, kurus nevar veikt neviena pašreizējā datorsistēma, saka komanda.

Pēdējais izaicinājums ir izmantot visu šo informāciju, lai palīdzētu diagnosticēt un novērst smadzeņu slimības un atjaunot funkciju, kad smadzenes tiek bojātas. Liela daļa šī darba būs vērsta uz labāku izpratni par to, kā nervu funkcija var noiet greizi. Taču šīs uzlabotās zināšanas būs arī jāpārvērš rīkos, kas uzlabos klīnisko lēmumu pieņemšanu.

Ir vēl viens mērķis, ko komanda ir izvirzījusi pasaules neirozinātņu kopienai. Tas ir paredzēts, lai izveidotu tehnoloģisko infrastruktūru sadarbībai, kas darbojas globālā mērogā. Šī infrastruktūra būs pazīstama kā Starptautiskā prāta stacija, godinot Starptautisko kosmosa staciju, kuru grupa apbrīno. Starptautiskā prāta stacija būtībā ir mākoņdatošanas projekts, kas ļaus pētniekiem vākt, uzglabāt un analizēt datus visiem pieejamā veidā.

Tas viss izklausās ļoti ambiciozi, taču trūkst vairāku detaļu. Viens no tiem ir Eiropas cilvēka smadzeņu projekta loma, kas pašlaik tiek finansēts 1 miljarda eiro apmērā. Vai Starptautiskā prāta stacija ir konkurents šim projektam, paplašinājums vai kāda veida sekas?

Un kā ir ar Starptautiskās prāta stacijas izmaksām? Prāta vētras nemin, cik viņu darbs varētu izmaksāt, ne arī to, kas par tiem varētu maksāt (lai gan viņu tikšanos atbalstīja Nacionālais zinātnes fonds un Kavli fonds).

Šajā ziņā Starptautiskā kosmosa stacija var nebūt labākais piemērs, uz ko tiekties. Kosmosa stacija izmaksāja vairāk nekā 150 miljardus ASV dolāru un zināmā mērā ir pasaulē dārgākā iekārta.

Iespējams, šie jautājumi ir apzināti atstāti globālo smadzeņu projektu koordinācijas sanāksmei, kas notiks Ņujorkā 19. septembrī.

Viena lieta, ko šis ziņojums sniedz par labu, ir to zinātnieku ciltsraksti, kuri ir devuši savu ieguldījumu. Tie ietver Story Landis, bijušais Nacionālā neiroloģisko traucējumu un insulta institūta direktors Nacionālajā veselības institūtā; Vinfrīds Denks, Maksa Planka Neirobioloģijas institūta direktors; Hollis Cline, Scripps pētniecības institūta neirozinātņu profesors; un Džordžs Čērčs, Hārvardas universitātes ģenētiķis.

Būs aizraujoši uzzināt, vai pārējā pasaules smadzeņu zinātņu kopiena tam piekrīt.

Atsauce: arxiv.org/abs/1608.06548 : Lielie izaicinājumi globālajām smadzeņu zinātnēm

paslēpties