Nowe mapy mózgu ułatwiają zrozumienie, z ograniczeniami

Tej jesieni europejska Projekt ludzkiego mózgu (HPB) i USA MÓZG (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies) Inicjatywa ogłosiła wyniki swoich wysiłków nad stworzeniem kompleksowego atlasu mózgu.

Europejskie przedsiębiorstwo HBP stworzyło „najbardziej szczegółowe”, interaktywne i publicznie dostępne Dotychczasowe trójwymiarowe modele mózgu z odmianami dla ludzi, naczelnych innych niż ludzie, myszy i szczurów. Model odwzorowuje kształt, lokalizację i zmienność struktur mózgu, a także architekturę włókien i komórek nerwowych, warstw korowych i podkorowych. Chociaż finansowany przez NIH projekt BRAIN nie zbudował jeszcze interaktywnego modelu ludzkiego mózgu, opublikował już wyniki 24 artykuły szczegółowo opisujące strukturę genetyczną ponad 3300 typów komórek mózgowych (a więcej w przygotowaniu). Jednym z oczekiwanych rezultatów projektu jest „Ogólnodostępny, trójwymiarowy cyfrowy atlas referencyjny komórek mózgowych z adnotacjami molekularnymi, anatomicznymi i fizjologicznymi dotyczącymi typów komórek mózgowych u myszy”.

Ogłoszony przez Baracka Obamę w 2013 roku cel inicjatywy BRAIN, obecnie częściowo zrealizowany, polegał na „stworzeniu nowego, rewolucyjnego, dynamicznego obrazu mózgu, który dla po raz pierwszy pokazuje, jak poszczególne komórki i złożone obwody nerwowe oddziałują na siebie zarówno w czasie, jak i w przestrzeni.” Jego publikacje w najważniejszych czasopismach naukowych dostarczają szczegółowych informacji na temat dotychczasowe wyniki. W tej chwili artykuły te zastępują przygotowywany atlas mózgu. Jak dotąd w ramach projektu BRAIN nie opracowano interaktywnego modelu, ale udało się uzyskać dane, które mogą przynieść rezultaty taki, który zawiera szczegółowe informacje na temat roli, jaką odgrywają poszczególne komórki mózgowe i ich genetyki składniki.

Cele projektu Human Brain Project zawsze były bardziej rozproszone: „Projekt Human Brain przyczynił się do głębszego zrozumienia złożonej struktury i funkcji mózgu ludzkiego mózgu dzięki unikalnemu interdyscyplinarnemu podejściu na styku neuronauki i technologii.” Chociaż atlas BRAIN jest rewolucyjny w identyfikacji typów i funkcji komórek, odpowiednik projektu Human Brain Project jest bardziej ekspansywny i modeluje aktywność mózgu, co może zapewnić wgląd w różne dziedziny, w tym robotyka, sztuczna inteligencja, implanty nerwowe i badanie świadomości.

Wyniki inicjatywy BRAIN są imponujące. W ramach ponad tysiąca projektów badawczych na całym świecie, finansowanych przez Narodowy Instytut Zdrowia (NIH), zidentyfikowano ponad 3300 typów komórek mózgowych (a kolejnych należy zidentyfikować). Wspólnie udokumentowali pełny skład genetyczny każdego typu komórek i zidentyfikowali, które komórki są aktywne w konkretnym mózgu systemów i poszerzyła wiedzę na temat połączeń komórkowych w strukturach mózgu, co doprowadziło do opracowania zidentyfikowanego mózgu "konektomKonkretnie, ta nowa wiedza może rzucić światło na mało poznane schorzenia mózgu, na przykład chorobę Parkinsona, schizofrenię i chorobę Alzheimera.

Wyniki HPB również są imponujące, choć zupełnie inne. Ponad 500 badaczy reprezentujących 155 instytucji w 19 krajach opracowało ponad 160 nowe narzędzia cyfrowe, które zarządzają danymi, symulują aktywność mózgu i ułatwiają badania w różnych dziedzinach laboratoria. The wielopoziomowy atlas HPB „przechwytuje informacje o zmienności mózgu u różnych osób i gromadzi wiedzę z różnych źródeł neuronaukowych, zarówno w skali mikroskopowej, jak i makroskopowej… W oparciu o zasady mikrostrukturalne buduje powiązania między przestrzeniami referencyjnymi opartymi na rezonansie magnetycznym a mikroskopowym modelem BigBrain.” HPB stworzyło trójwymiarowe modele mózgów ludzi, małp, myszy i szczurów

Atlas HPB jest łatwiejszy do natychmiastowego udostępnienia i zastosowania, podczas gdy Inicjatywa BRAIN obiecuje być może lepsze, długoterminowe zrozumienie funkcjonowania mózgu na poziomie komórkowym. Obydwa projekty wykazały niezwykłe badania i obietnice szeroko relacjonowane. Jednak społeczne implikacje tych dwóch projektów są mniej zrozumiałe. Prace nad tymi dwoma projektami odbywały się w tym samym czasie, więc nie można było się oprzeć pomysłowi, że biorą udział w „wyścigu” w wyjaśnieniu ludzkiego mózgu. Ale jest to także wprowadzenie w błąd. W obu projektach zastosowano odmienną metodologię i uzyskano różne wyniki.

Z definicji atlas mózgu jest złożonym portretem tak zwanego mózgu neurotypowego. Choć projekt atlasu mózgu kładzie nacisk na różnorodność typów komórek, nie jest on jeszcze w stanie powiedzieć nam zbyt wiele o różnorodności ludzi i ich mózgów. Atlas jest zawsze w toku. Atlas mózgu w swojej obecnej wersji ujawnia napięcie pomiędzy zrozumieniem mózg i zrozumienie poszczególnych mózgów.

Henry Markram, Szwajcar Neurobiolog i współdyrektor Human Brain Project od początku miał nadzieję, że projekty atlasów mózgu pozwolą nam zrozumieć różnice pomiędzy poszczególnymi mózgami. Markram jest także ojcem Kai Markrama, którego autyzm wymienia jako osobisty motywacja za ambitne (a czasem dziwaczne) cele związane z projektem: „Możliwość wyregulowania wszystkiego, kolorów, dźwięków – to mnie motywuje… Aby móc wejść do symulacji mózgu mojego syna i zobaczyć świat takim, jakim on go widzi. W tej chwili mogę używać fMRI i EKG [elektrokardiogramu], aby zobaczyć, jak mózg przetwarza informacje i które regiony są aktywowane podczas różnych zadań, ale nie widzę, co postrzega, nie widzę, co widzi.”

Cel Markrama brzmi jak science fiction, ale taki sam byłby pomysł atlasu mózgu 50 lat temu. Jego Fantazja przypomina, że ​​motywacją obu projektów jest filozofia I Politykaoprócz nauki i medycyny. Filozofowie używają terminu „luka wyjaśniająca” w odniesieniu do luki pomiędzy wiedzą o mózgu fizycznym a umiejętnością wyjaśnienia, w jaki sposób mózg umożliwia nam myślenie, odczuwanie i bycie. Zwolennicy neuroróżnorodność przypomnij nam, że nie ma dwóch identycznych mózgów i że często zbyt szybko diagnozujemy różnice między mózgami jako zaburzenia mózgu.

Żaden z projektów atlasu mózgu nie spełnia fantazji Markrama, ale ta fantazja przypomina, że ​​nauka jest przedsięwzięciem społecznym. Ponieważ neurobiolodzy na całym świecie realizują cele medyczne i naukowe możliwe dzięki atlasom mózgu, wszyscy powinniśmy mieć na uwadze filozoficzne i społeczne implikacje tych projektów. Nie potrafimy jeszcze wyjaśnić związku między mózgiem a jaźnią i brakuje nam ostatecznych wyjaśnień schorzeń związanych z mózgiem, takich jak schizofrenia, autyzm czy depresja. Tak naprawdę nie jesteśmy nawet pewni, czy te schorzenia wynikają z podobnych przyczyn u jednej osoby od drugiej. Jak to się mówi: „Jeśli kogoś spotkałeś autystyczny osobo, poznałeś jedną osobę autystyczną.”