Trzy wielkie wyzwania dla nauki o mózgu, które można rozwiązać w ciągu 10 lat

Jednym z wielkich wyzwań naukowych jest zrozumienie ludzkiego mózgu. Zespoły badawcze na całym świecie z zawrotną szybkością gromadzą dane na temat wszystkiego, od konektomu mózgu i sposobu jego obliczania po naturę choroby mózgu oraz sposoby jej lepszego diagnozowania i leczenia.

A jednak połączenie tej pracy w sposób, który prowadzi do osiągalnych celów, nadal stanowi problem. Tak więc pod koniec tego miesiąca międzynarodowa społeczność zajmująca się nauką o mózgu zasiądzie w Nowym Jorku, aby wypracować sposób skoordynowania swoich prac nad ważnymi wspólnymi celami.

Ale dokładnie, jakie powinny być te cele, nikt nie wie. Tak więc ważnym, nierozstrzygniętym pytaniem jest: na jakich wielkich wyzwaniach powinni się skupić naukowcy zajmujący się mózgiem?

Dzisiaj otrzymujemy odpowiedź dzięki burzy mózgów przeprowadzonej na początku tego roku przez wielu najbardziej wpływowych neurobiologów na świecie. Opublikowali teraz swoje wnioski i twierdzą, że zidentyfikowali trzy wielkie wyzwania, które można osiągnąć w ciągu najbliższych 10 lat i dlatego powinny stać się przedmiotem zainteresowania globalnej społeczności neuronaukowej.

Pierwsze wielkie wyzwanie ma na celu zrozumienie, co sprawia, że ​​mózgi są wyjątkowe. Neuronaukowcy od dawna wiedzą, że struktura mózgu jest bardzo zróżnicowana zarówno w obrębie gatunku, jak i między gatunkami. Różnice pojawiają się w anatomii mózgów – ich biochemii i łączności, a także w sposobie ich rozwoju i ekspresji genów zaangażowanych w ten proces.

Zrozumienie zasad projektowania rządzących zmiennością może być kluczem do zrozumienia inteligencji i subiektywnych doświadczeń, a także wpływu zmienności na zdrowie i funkcjonowanie, mówi zespół burzy mózgów.

Tak więc głównym wyzwaniem, jakie proponują, jest mapowanie tych wariacji w wielu różnych gatunkach, co nazywają neurokartografią anatomiczną. Oczekujemy, że w ciągu dekady zajmiemy się tym wyzwaniem w mózgach, w tym między innymi Drosophila, Danio pręgowany, Mysz i Marmozeta, oraz opracujemy narzędzia do przeprowadzania rozległych analiz neurokartograficznych. Rezultatem będzie najnowocześniejsze „Wirtualne NeuroZoo” z w pełni opisanymi danymi i narzędziami analitycznymi do analizy i odkrywania.

Drugim wielkim wyzwaniem jest odkrycie, w jaki sposób mózg rozwiązuje złożone życiowe problemy obliczeniowe, takie jak pokonywanie trudnego terenu, tłumaczenie języków i rozpoznawanie stanów emocjonalnych. To od dawna zagadka. Podczas gdy najpotężniejsze komputery na świecie zmagają się z tymi zadaniami pomimo oszałamiającej mocy obliczeniowej i megawatów mocy, mózg robi to wszystko każdego dnia za pomocą niewiele więcej niż miski owsianki.

Jak mózg sobie z tym radzi? Aby się tego dowiedzieć, burze mózgów proponują zbadanie, jak różne komponenty mózgu współpracują ze sobą, aby koordynować złożone zachowania. Będzie to wymagało nowej generacji eksperymentów, aby to zrobić w środowisku naturalnym. I będzie wymagać skoordynowanych wysiłków, aby zbadać te mechanizmy mózgowe na różne skale, więc różne zespoły będą musiały ściśle współpracować, aby koordynować swoją pracę. Eksperymenty te doprowadzą do powstania wieloskalowych modeli systemów neuronowych z potencjałem do wykonywania zadań obliczeniowych, których żaden obecny system komputerowy nie jest w stanie wykonać - mówi zespół.

Ostatnim wyzwaniem jest wykorzystanie wszystkich tych informacji do diagnozowania i zapobiegania chorobom mózgu oraz przywracania funkcji po uszkodzeniu mózgu. Wiele z tych prac skupi się na lepszym zrozumieniu, w jaki sposób funkcja neuronowa może ulec uszkodzeniu. Ale ta ulepszona wiedza będzie również musiała zostać przełożona na narzędzia, które usprawnią podejmowanie decyzji klinicznych.

Jest jeszcze jeden cel, który zespół wyznaczył światowej społeczności neuronaukowej. Ma to na celu stworzenie infrastruktury technologicznej dla współpracy, która działa na skalę globalną. Infrastruktura ta będzie znana jako Międzynarodowa Stacja Mózgu, w hołdzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, którą grupa rzekomo podziwia. International Brain Station to zasadniczo projekt przetwarzania w chmurze, który pozwoli naukowcom zbierać, przechowywać i analizować dane w sposób dostępny dla wszystkich.

Wszystko to brzmi bardzo ambitnie, ale brakuje kilku szczegółów. Jednym z nich jest rola Europejskiego Projektu Ludzki Mózg, który jest obecnie finansowany w wysokości 1 miliarda euro. Czy International Brain Station jest konkurentem dla tego projektu, rozszerzeniem, czy jakimś następstwem?

A co z kosztami Międzynarodowej Stacji Mózgu? Burza mózgów nie wspomina o tym, ile może kosztować ich przedsięwzięcie ani kto może za nie zapłacić (chociaż ich spotkanie było wspierane przez National Science Foundation i Kavli Foundation).

Pod tym względem Międzynarodowa Stacja Kosmiczna może nie być najlepszym przykładem, do którego można dążyć. Stacja kosmiczna kosztowała w górę o 150 miliardów dolarów i jest z pewnym marginesem najdroższą maszyną na świecie.

Być może te kwestie zostały celowo pozostawione na spotkaniu Coordinating Global Brain Projects, które odbędzie się 19 września w Nowym Jorku.

Jedną z rzeczy, które ten raport ma na swoją korzyść, jest rodowód naukowców, którzy wnieśli swój wkład. Należą do nich Story Landis, były dyrektor Narodowego Instytutu Zaburzeń Neurologicznych i Udaru w National Institutes of Health; Winfried Denk, dyrektor Instytutu Neurobiologii im. Maxa Plancka; Hollis Cline, profesor neurobiologii w Scripps Research Institute; oraz George Church, genetyk z Uniwersytetu Harvarda.

To będzie fascynujące, aby dowiedzieć się, czy reszta światowej społeczności nauk o mózgu się z tym zgadza.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1608.06548 : Wielkie wyzwania dla globalnych nauk o mózgu

ukryć