Inhoud
- Wat is hersenkartering?
- Onderzoeksfinanciering ondersteunt het BRAIN-initiatief
- Belangrijkste doelen van het BRAIN-project
- De voor- en nadelen van het Brain Mapping Project
Wat is hersenkartering?
Pauzeer even om de hersenen te overwegen. Het kan 100 miljard cellen bevatten. Elke cel, een neuron genaamd, kan verbinding maken met tienduizenden andere hersencellen.
Deze netwerken ondersteunen functies die integraal deel uitmaken van ons leven. Zonder zelfs maar een minimaal functionerend brein, zouden de meesten instemmen, is er geen zinvol leven. De wetenschap heeft geprobeerd deze meest vitale van onze organen te verlichten.
De geschiedenis van Brain Mapping
Het brein begrijpen, niet als een enkel, uniform orgaan, maar als een orgaan dat bestaat uit afzonderlijke regio's, is een concept dat al meer dan 100 jaar bestaat. In 1909 schreef Korbinian Brodmann een paper waarin hij een kaart van de hersenschors beschreef, waarbij het oppervlak van de hersenen in 43 gebieden werd verdeeld. Hij scheidde deze regio's op basis van monsters van dun gesneden hersenweefsel die verschillende kleurpatronen van het cellichaam vertoonden. De architectuur van cellen zou kunnen worden gebruikt om de hersenen in verschillende gebieden te verdelen.
Brodmann's pogingen waren enorm invloedrijk. Het was uniek om de anatomische structuur te correleren met de hersenfunctie. Hierdoor kon een raamwerk worden ontwikkeld dat probeerde schade aan specifieke structuren te koppelen aan consistent functieverlies. Zijn eerste kaart helpt neurowetenschappers nog steeds om bevindingen te lokaliseren naar beeldvorming van de hersenen, zoals kan worden verkregen bij een beroerte, traumatisch letsel of tumor.
Brain Mapping vandaag
Net zoals andere kaarten in de loop van de tijd kunnen worden verfijnd, heeft verder werk ons begrip van de topografische organisatie van de hersenweefsels vergroot. Het Brain Activity Map Project is opgericht om dergelijke vorderingen te bevorderen. Dit project werd verdedigd tijdens een conferentie die in september 2011 werd georganiseerd door Miyoung Chun van The Kavli Foundation in Londen.
Wetenschappers zijn het begrip van de hersenstructuur blijven verbeteren.
In 2016 werden de hersenen verder onderverdeeld in 180 afzonderlijke pakketten die duidelijke verschillen in structuur, functie en connectiviteit vertoonden - 97 opgenomen gebieden werden voor het eerst beschreven.
Deze nieuwere kaarten zijn gemaakt met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) -technieken, waaronder functionele MRI (fMRI), die de bloedstroom meten als reactie op verschillende (zeer specifieke) mentale taken.
Dit type mapping houdt in dat je langzaam over het oppervlak van de hersenen beweegt totdat significante veranderingen worden opgemerkt in twee of meer onafhankelijke eigenschappen, waardoor grenzen op de kaart kunnen worden afgebakend. Hoewel het aantal gebieden consistent kan zijn, varieert de grootte van persoon tot persoon. Deze verschillen kunnen een belangrijk onderscheid maken tussen cognitieve en creatieve vaardigheden, evenals het potentiële risico op hersengerelateerde ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, Parkinson en zelfs depressie.
Door de hersenen in kleinere stukjes te verdelen, kunnen neurowetenschappers gaan begrijpen hoe het als geheel werkt. Enkele metingen kunnen echter onvolledig blijken te zijn, wat een misleidend beeld geeft van de hersenen en hun functie.
Mapping zegt ook weinig over de biochemie die fundamenteel is. Het kan ook niet de rol van kleine groepen of zelfs belangrijke afzonderlijke neuronen verduidelijken. Naarmate de technologie vordert, kunnen herhaalde mapping-inspanningen nodig zijn.
Naast structurele verschillen die zichtbaar zijn op cellulair niveau, is het misschien mogelijk om de weefsels van de hersenen te organiseren op basis van hun activiteit en onderlinge verbindingen. Met politieke en economische steun werd dit project omgevormd tot een breder BRAIN-initiatief.
Onderzoeksfinanciering ondersteunt het BRAIN-initiatief
Het ontrafelen van de complexiteit van de hersenen vereist een bijna ongekend niveau van samenwerking binnen de wetenschappelijke gemeenschap, de bereidheid om samen te werken over geopolitieke scheidslijnen heen, en een bundeling van middelen in een mondiaal publiek-privaat partnerschap.
Oorspronkelijk genaamd de Brain Activity Map, werd het Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative gelanceerd door president Barack Obama in de Verenigde Staten op 2 april 2013.
Het BRAIN Initiative streeft ernaar de functie van honderdduizenden neuronen tegelijkertijd in kaart te brengen, aangezien ze functioneren met de snelheid van een vluchtige gedachte.
Voordat we de aspiraties van dit project herzien, is het belangrijk om te erkennen dat Amerikanen niet de enigen zijn in het streven.
In feite sluit het BRAIN-project zich aan bij andere wereldwijde initiatieven die deel uitmaken van een wereldwijde push om de innerlijke werking van de hersenen beter te begrijpen. Op 19 september 2016 werd het International Brain Initiative gelanceerd tijdens een bijeenkomst ter begeleiding van de Algemene Vergadering van de Verenigde Naties. De National Sleep Foundation en het National Institute of Health (NIH) in de VS hebben middelen vrijgemaakt om het project te ontwikkelen en te ondersteunen.
Naast de ontwikkeling van een gedetailleerd plan om het noodzakelijke wetenschappelijke onderzoek te sturen - inclusief tijdschema's, mijlpalen en geraamde kosten - moet financiële steun zowel worden verworven als gehandhaafd. Het Brain Mapping Project en het bredere BRAIN Initiative werden aanvankelijk gefinancierd met meer dan $ 100 miljoen en zullen naar verwachting in meer dan een decennium miljarden dollars kosten.
Naast publieke onderzoeksgelden omvatten particuliere inspanningen op het gebied van dynamische hersenkartering:
- Allen Institute for Brain Science in Seattle (besteedt jaarlijks $ 60 miljoen gedurende 4 jaar)
- Howard Hughes Medical Institute in Virginia (geeft jaarlijks minstens $ 30 miljoen uit)
- Kavli Foundation in Oxnard, Californië (geeft gedurende tien jaar $ 4 miljoen per jaar uit)
- Salk Institute for Biological Studies in San Diego (met $ 28 miljoen aan inspanningen)
Het gezamenlijke, publiek-private onderzoeksinitiatief heeft uiteindelijk tot doel de ontwikkeling van innovatieve technologieën te ondersteunen die een dynamisch begrip van de hersenfunctie kunnen creëren.
Belangrijkste doelen van het BRAIN-project
De bredere missie van het BRAIN-initiatief is "het begrip van de innerlijke werking van de menselijke geest te verdiepen en de manier waarop we hersenstoornissen behandelen, voorkomen en genezen" te verbeteren. Om dit te bereiken, moet nieuwe technologie worden ontwikkeld om te onderzoeken hoe de cellen en circuits van de hersenen op elkaar inwerken, en uiteindelijk de complexe verbanden tussen hersenfunctie en gedrag blootleggen.
Er zijn verschillende hoofddoelen van dit project en er zijn talloze manieren waarop deze in het komende decennium kunnen worden gerealiseerd.
- Geavanceerde neurotechnologie: Financiële ondersteuning van veelbelovend onderzoek zal leiden tot de snelle ontwikkeling van technologie die ons niet alleen helpt om de onderbouwing van de hersenen te begrijpen, maar ook om aandoeningen die erop van invloed zijn te diagnosticeren en te behandelen. Voor innovatie, wetenschappelijke doorbraken en de ontwikkeling van apparaten zijn multidisciplinaire teams van ingenieurs en neurowetenschappers nodig.
- Vergemakkelijk dynamische beeldvorming: Als de huidige beeldvorming van de hersenen lijkt op het bladeren door een stapel foto's, zal nieuwere technologie dynamische beelden produceren, zoals het in realtime bekijken van een hersenfunctie. Beeldtechnologie moet geavanceerd zijn om deze functies met een hogere resolutie over verschillende ruimte- en tijdschalen te visualiseren.
- Ontdek de hersenfunctionaliteit: De hersenen zijn geen statisch orgaan; het registreert, verwerkt, bewaart, haalt en gebruikt vrijwel onmiddellijk grote hoeveelheden informatie actief. Om dit vermogen te begrijpen, moeten de hersenen in realtime worden onderzocht met meerdere potentiële modaliteiten, waarvan er vele momenteel niet bestaan.
- Koppel gedrag aan functie: De uiterlijke manifestatie van de hersenfunctie wordt als gedrag waargenomen. Wat ingewikkelder is, zijn de talloze manieren waarop kan worden opgemerkt dat iemand zich gedraagt. Met behulp van geavanceerde computermodellen is het misschien mogelijk om deze patronen te ontrafelen en modellen te pionieren om gewenst gedrag te verbeteren.
- Verbeter consumententoepassingen: Medische apparaten die in wisselwerking staan met hersenweefsel kunnen een diepgaande invloed hebben op ons toekomstige leven, en regelgeving moet de gezondheid en het welzijn van consumenten bevorderen. Het is van cruciaal belang om deze technologieën bij de consument te brengen met het oog op zowel veiligheid als effectiviteit.
De voor- en nadelen van het Brain Mapping Project
Het lijkt misschien alsof er grenzeloze mogelijkheden en grenzeloze mogelijkheden zijn op het gebied van neurowetenschappen. Naarmate we meer kennis over de hersenen krijgen, krijgen we een diepgaand begrip van wat het betekent om mens te zijn. Het Brain Mapping Project kan echter enkele mogelijke nadelen hebben.
- Geld loopt weg: Een groot project als dit kan financiële steun en aandacht van andere goede doelen overhevelen. Deze financiering kan abrupt worden afgebouwd door de overheid of non-profitorganisaties.
- Verschillende onderzoeksprioriteiten: Niet alle wetenschappers hebben dezelfde focus. Wanneer ze worden gedwongen om financiële steun te zoeken, kan dit hen wegleiden van hun sterke punten. Ethische overwegingen kunnen ook de samenwerking beperken, omdat niet alle wetenschappers bijvoorbeeld aan primatenonderzoek zullen deelnemen.
- Conflict en gebrek aan consensus: Bij het zoeken naar wetenschappelijke waarheid is de weg voorwaarts niet altijd duidelijk. Sterke persoonlijkheden gecombineerd met meningsverschillen kunnen leiden tot tegenstrijdige hypothesen en onderzoeksprioriteiten. Dit gebrek aan consensus onder experts kan onenigheid zaaien.
- Bijdragen van kleinere landen negeren: Hoewel geïndustrialiseerde landen 300 miljoen dollar aan onderzoeksfinanciering kunnen bijdragen, kunnen ontwikkelingslanden mogelijk niet op dezelfde manier een claim indienen bij het project. Dit kan worden gecompenseerd door patiënten, modelorganismen en betaalbare technologieën bij te dragen, maar alleen als er een stoel aan tafel wordt aangeboden.
- Basiswetenschap versus toegepaste technologie: Sommige wetenschappelijke kennis wordt uitsluitend opgedaan met het nobele doel om kennis te bevorderen. Financiële prikkels en het vermogen om een toegepaste technologie te creëren die winstgevend kan zijn, kunnen de focus van het streven doen kantelen.
- Bestaande bronnen integreren: Dit project bouwt voort op eerder werk en moet een manier vinden om het US Human Connectome Project (gericht op het in kaart brengen van de structurele en functionele verbindingen van de hersenen), het Human Brain Project van de Europese Unie (gericht op de basiswetenschap van hoe de hersenen werken) te integreren. ), en Canada's CBRAIN-programma (gericht op het creëren van technologieën die kunnen worden toegepast op de geneeskunde), naast andere voorgaande inspanningen.
Gelukkig is er veel belofte en reden voor hoop terwijl dit project doorgaat. Brain mapping zal uiteindelijk meerdere metingen integreren, waaronder:
- Corticale dikte
- Brein functie
- Connectiviteit tussen regio's
- Topografische organisatie van cellen
- Niveaus van myeline (vette isolatie die neurale signalering versnelt)
Door onderzoeksinspanningen te verenigen, teams in staat te stellen samen te werken en informatie uit te wisselen, om specifieke doelen na te streven onder de vlag van het Brain Mapping Project, zal aanzienlijke vooruitgang in de neurowetenschappen mogelijk worden.
Een woord van Verywell
Het Brain Mapping Project vertegenwoordigt een opmerkelijke toewijding om vooruitgang te financieren in ons begrip van de correlatie tussen structuren en functies in de hersenen. Krachtige microscopen, supercomputingbronnen en universele tools voor het in kaart brengen van hersenen zullen wetenschappers in staat stellen ontdekkingen te versnellen. Deze vorderingen kunnen blijken de verbetering van de gezondheid van de hersenen voor de hele mensheid mogelijk te maken, maar alleen als de financiering en de samenwerking worden gehandhaafd.