Inhalt
- Was ist Brain Mapping?
- Forschungsförderung unterstützt die BRAIN-Initiative
- Hauptziele des BRAIN-Projekts
- Die Vor- und Nachteile des Brain Mapping-Projekts
Was ist Brain Mapping?
Machen Sie eine kurze Pause, um über das Gehirn nachzudenken. Es kann 100 Milliarden Zellen enthalten. Jede Zelle, die als Neuron bezeichnet wird, kann sich mit Zehntausenden anderer Gehirnzellen verbinden.
Diese Netzwerke unterstützen Funktionen, die für unser Leben von wesentlicher Bedeutung sind. Ohne ein nur minimal funktionierendes Gehirn, würden die meisten zustimmen, gibt es kein sinnvolles Leben. Die Wissenschaft hat versucht, dieses wichtigste unserer Organe zu beleuchten.
Die Geschichte des Brain Mapping
Das Gehirn nicht als ein einziges, einheitliches Organ zu verstehen, sondern als ein Organ, das aus diskreten Regionen besteht, ist ein Konzept, das seit mehr als 100 Jahren existiert. 1909 schrieb Korbinian Brodmann eine Arbeit, in der eine Karte der Großhirnrinde beschrieben wurde, in der die Gehirnoberfläche in 43 Bereiche unterteilt wurde. Er trennte diese Regionen anhand von Proben aus dünn geschnittenem Hirngewebe, die unterschiedliche Färbungsmuster des Zellkörpers zeigten. Die Architektur von Zellen könnte verwendet werden, um das Gehirn in verschiedene Bereiche zu unterteilen.
Brodmanns Versuche waren äußerst einflussreich. Die Korrelation der anatomischen Struktur mit der Gehirnfunktion war einzigartig. Es ermöglichte die Entwicklung eines Frameworks, das versuchte, Schäden an bestimmten Strukturen mit einem konsistenten Funktionsverlust in Verbindung zu bringen. Seine erste Karte hilft Neurowissenschaftlern immer noch dabei, Befunde für die Bildgebung des Gehirns zu lokalisieren, wie sie bei Schlaganfall, traumatischer Verletzung oder Tumor auftreten können.
Brain Mapping heute
So wie andere Karten im Laufe der Zeit verfeinert werden können, haben weitere Arbeiten unser Verständnis der topografischen Organisation des Gehirngewebes erweitert. Das Brain Activity Map Project wurde erstellt, um solche Fortschritte zu fördern. Dieses Projekt wurde auf einer von Miyoung Chun von der Kavli Foundation in London im September 2011 organisierten Konferenz unterstützt.
Wissenschaftler haben das Verständnis der Gehirnstruktur weiter verbessert.
Im Jahr 2016 wurde das Gehirn weiter in 180 separate Parzellen unterteilt, die deutliche Unterschiede in Struktur, Funktion und Konnektivität aufweisen. Zum ersten Mal wurden 97 eingeschlossene Bereiche beschrieben.
Diese neueren Karten werden unter Verwendung von Magnetresonanztomographie-Techniken (MRT) erstellt, einschließlich funktioneller MRT (fMRT), die den Blutfluss als Reaktion auf verschiedene (sehr spezifische) mentale Aufgaben messen.
Bei dieser Art der Kartierung wird langsam über die Oberfläche des Gehirns bewegt, bis signifikante Änderungen an zwei oder mehr unabhängigen Eigenschaften festgestellt werden, wodurch die Grenzen auf der Karte abgegrenzt werden. Obwohl die Anzahl der Bereiche konsistent sein kann, variieren die Größen von Individuum zu Individuum. Diese Unterschiede können wichtige kognitive und kreative Fähigkeiten sowie das potenzielle Risiko für Erkrankungen des Gehirns wie Alzheimer, Parkinson und sogar Depressionen unterscheiden.
Die Aufteilung des Gehirns in kleinere Teile kann Neurowissenschaftlern helfen, die Funktionsweise insgesamt zu verstehen. Einzelmessungen können sich jedoch als unvollständig erweisen und eine irreführende Sicht auf das Gehirn und seine Funktion liefern.
Das Mapping erklärt auch wenig über die grundlegende Biochemie. Es kann auch nicht gelingen, die Rolle kleiner Gruppen oder sogar wichtiger einzelner Neuronen aufzuklären. Mit fortschreitender Technologie können wiederholte Mapping-Bemühungen erforderlich sein.
Abgesehen von strukturellen Unterschieden, die auf zellulärer Ebene erkennbar sind, kann es möglich sein, das Gewebe des Gehirns anhand seiner Aktivität und seiner Verbindungen zu organisieren. Mit politischer und wirtschaftlicher Unterstützung wurde dieses Projekt zu einer umfassenderen BRAIN-Initiative zusammengefasst.
Forschungsförderung unterstützt die BRAIN-Initiative
Um die Komplexität des Gehirns zu enträtseln, ist ein nahezu beispielloses Maß an Zusammenarbeit innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die Bereitschaft zur Zusammenarbeit über geopolitische Grenzen hinweg und die Bündelung von Ressourcen in einer globalen öffentlich-privaten Partnerschaft erforderlich.
Ursprünglich als Brain Activity Map bezeichnet, wurde die BRAIN-Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) am 2. April 2013 von Präsident Barack Obama in den USA ins Leben gerufen.
Die BRAIN-Initiative strebt an, die Funktion von Hunderttausenden von Neuronen gleichzeitig abzubilden, da sie mit der Geschwindigkeit eines flüchtigen Gedankens funktionieren.
Bevor Sie die Bestrebungen dieses Projekts überprüfen, ist es wichtig zu erkennen, dass die Amerikaner in diesem Bestreben nicht allein sind.
Tatsächlich schließt sich das BRAIN-Projekt anderen weltweiten Initiativen an, die Teil eines globalen Vorhabens sind, das Innenleben des Gehirns besser zu verstehen. Am 19. September 2016 wurde die Internationale Gehirninitiative auf einem Treffen zur Generalversammlung der Vereinten Nationen ins Leben gerufen. Die National Sleep Foundation und das National Institute of Health (NIH) in den USA haben Ressourcen für die Entwicklung und Unterstützung des Projekts bereitgestellt.
Über die Entwicklung eines detaillierten Plans zur Anleitung der erforderlichen wissenschaftlichen Forschung hinaus, einschließlich Zeitplänen, Meilensteinen und geschätzten Kosten, muss finanzielle Unterstützung sowohl erworben als auch aufrechterhalten werden. Das Brain Mapping-Projekt und die umfassendere BRAIN-Initiative wurden ursprünglich mit mehr als 100 Millionen US-Dollar finanziert und werden in mehr als einem Jahrzehnt voraussichtlich Milliarden von Dollar kosten.
Neben öffentlichen Forschungsgeldern umfassten private Bemühungen zur dynamischen Kartierung des Gehirns:
- Allen Institute for Brain Science in Seattle (Ausgaben von 60 Millionen USD jährlich über 4 Jahre)
- Howard Hughes Medical Institute in Virginia (Ausgaben von mindestens 30 Millionen USD pro Jahr)
- Kavli-Stiftung in Oxnard, Kalifornien (zehn Jahre lang jährlich 4 Millionen US-Dollar ausgeben)
- Salk-Institut für biologische Studien in San Diego (28 Millionen US-Dollar für Bemühungen)
Die kollaborative öffentlich-private Forschungsinitiative hat letztendlich das Ziel, die Entwicklung innovativer Technologien zu unterstützen, die ein dynamisches Verständnis der Gehirnfunktion schaffen können.
Hauptziele des BRAIN-Projekts
Die umfassendere Mission der BRAIN-Initiative besteht darin, „das Verständnis für das Innenleben des menschlichen Geistes zu vertiefen und die Behandlung, Vorbeugung und Heilung von Erkrankungen des Gehirns zu verbessern“. Um dies zu erreichen, muss eine neue Technologie entwickelt werden, um zu untersuchen, wie die Zellen und Schaltkreise des Gehirns interagieren, und um letztendlich die komplexen Zusammenhänge zwischen Gehirnfunktion und Verhalten aufzudecken.
Es gibt mehrere Hauptziele dieses Projekts, und es gibt unzählige Möglichkeiten, wie diese in den nächsten zehn Jahren verwirklicht werden können.
- Fortschrittliche Neurotechnologie: Die finanzielle Unterstützung vielversprechender Forschungsarbeiten wird zu einer raschen Entwicklung von Technologien führen, die uns nicht nur helfen, die Grundlagen des Gehirns zu verstehen, sondern auch die Diagnose und Behandlung von Störungen, die es betreffen. Innovation, wissenschaftliche Durchbrüche und die Weiterentwicklung von Geräten erfordern multidisziplinäre Teams von Ingenieuren und Neurowissenschaftlern.
- Erleichtern Sie die dynamische Bildgebung: Wenn die aktuelle Bildgebung des Gehirns dem Blättern in einem Stapel von Fotos gleicht, erzeugt eine neuere Technologie dynamische Bilder, z. B. das Beobachten einer Gehirnfunktion in Echtzeit. Die Bildgebungstechnologie muss weiterentwickelt werden, um diese Funktionen mit höherer Auflösung über unterschiedliche Raum- und Zeitskalen hinweg zu visualisieren.
- Erforschen Sie die Gehirnfunktionalität: Das Gehirn ist kein statisches Organ; Es zeichnet große Mengen an Informationen fast augenblicklich auf, verarbeitet, speichert, ruft sie ab und verwendet sie. Um diese Fähigkeit zu verstehen, muss das Gehirn in Echtzeit mit mehreren möglichen Modalitäten untersucht werden, von denen viele derzeit nicht existieren.
- Verknüpfungsverhalten mit Funktion: Die äußere Manifestation der Gehirnfunktion wird als Verhalten beobachtet. Was komplizierter ist, ist die Vielzahl von Verhaltensweisen. Mit der Verwendung fortschrittlicher Rechenmodelle kann es möglich sein, diese Muster und Pioniermodelle zu entwirren, um das gewünschte Verhalten zu verbessern.
- Verbessern Sie Verbraucheranwendungen: Medizinische Geräte, die mit Gehirngewebe interagieren, können unser zukünftiges Leben tiefgreifend beeinflussen, und Regulierung muss die Gesundheit und das Wohlbefinden der Verbraucher fördern. Diese Technologien den Verbrauchern mit Blick auf Sicherheit und Effektivität zur Verfügung zu stellen, ist im weiteren Verlauf des Feldes von entscheidender Bedeutung.
Die Vor- und Nachteile des Brain Mapping-Projekts
Es mag scheinen, als gäbe es im Bereich der Neurowissenschaften unbegrenzte Möglichkeiten und grenzenloses Potenzial. Wenn wir das Wissen über das Gehirn erweitern, gewinnen wir ein tiefes Verständnis dafür, was es bedeutet, Mensch zu sein. Das Brain Mapping-Projekt kann jedoch einige potenzielle Nachteile aufweisen.
- Geld ablassen: Ein großes Projekt wie dieses kann finanzielle Unterstützung und Aufmerksamkeit von anderen guten Zwecken abziehen. Diese Mittel könnten von staatlichen oder gemeinnützigen Organisationen abrupt gekürzt werden.
- Unterschiedliche Forschungsschwerpunkte: Nicht alle Wissenschaftler haben den gleichen Fokus. Wenn sie gezwungen sind, finanzielle Unterstützung zu suchen, kann dies sie von ihren Stärken abbringen. Ethische Überlegungen können auch die Zusammenarbeit einschränken, da beispielsweise nicht alle Wissenschaftler an der Primatenforschung teilnehmen werden.
- Konflikt und mangelnder Konsens: Bei der Suche nach wissenschaftlicher Wahrheit ist der Weg nach vorne nicht immer klar. Starke Persönlichkeiten in Kombination mit Meinungsverschiedenheiten können zu widersprüchlichen Hypothesen und Forschungsprioritäten führen. Dieser Mangel an Konsens unter Experten kann zu Zwietracht führen.
- Beiträge aus kleineren Ländern ignorieren: Obwohl Industrieländer möglicherweise 300 Millionen US-Dollar an Forschungsgeldern beisteuern, können Entwicklungsländer möglicherweise keinen ähnlichen Anspruch auf das Projekt erheben. Dies kann durch Beiträge von Patienten, Modellorganismen und erschwinglichen Technologien ausgeglichen werden - jedoch nur, wenn am Tisch ein Sitzplatz angeboten wird.
- Grundlagenforschung vs. angewandte Technologie: Einige wissenschaftliche Erkenntnisse werden ausschließlich mit dem noblen Ziel gewonnen, das Wissen zu erweitern. Finanzielle Anreize und die Fähigkeit, eine angewandte Technologie zu schaffen, die rentabel sein kann, können den Schwerpunkt des Unternehmens bestimmen.
- Vorhandene Ressourcen integrieren: Dieses Projekt baut auf früheren Arbeiten auf und muss einen Weg finden, das US-amerikanische Human Connectome-Projekt (mit Schwerpunkt auf der Abbildung der strukturellen und funktionellen Verbindungen des Gehirns), das Human Brain Project der Europäischen Union (mit Schwerpunkt auf der Grundlagenforschung zur Funktionsweise des Gehirns) zu integrieren ) und Kanadas CBRAIN-Programm (mit Schwerpunkt auf der Schaffung von Technologien, die auf die Medizin angewendet werden können), unter anderen vorangegangenen Bemühungen.
Glücklicherweise gibt es viel Versprechen und Grund zur Hoffnung, wenn dieses Projekt fortgesetzt wird. Das Brain Mapping wird schließlich mehrere Messungen integrieren, darunter:
- Kortikale Dicke
- Gehirnfunktion
- Konnektivität zwischen Regionen
- Topographische Organisation von Zellen
- Myelinspiegel (Fettisolierung, die die neuronale Signalübertragung beschleunigt)
Die Vereinheitlichung der Forschungsanstrengungen, die es den Teams ermöglicht, zusammenzuarbeiten und Informationen auszutauschen, um bestimmte Ziele unter dem Banner des Brain Mapping-Projekts zu verfolgen, wird wesentliche Fortschritte in den Neurowissenschaften ermöglichen.
Ein Wort von Verywell
Das Brain Mapping-Projekt ist ein bemerkenswertes Engagement für die Finanzierung von Fortschritten in unserem Verständnis der Korrelation zwischen Strukturen und Funktionen im Gehirn. Leistungsstarke Mikroskope, Supercomputer-Ressourcen und universelle Tools zur Hirnkartierung ermöglichen es Wissenschaftlern, die Entdeckung zu beschleunigen. Diese Fortschritte könnten die Verbesserung der Gehirngesundheit für die gesamte Menschheit ermöglichen, jedoch nur, wenn die Finanzierung und Zusammenarbeit aufrechterhalten werden.