Contenuto
- Cos'è la mappatura cerebrale?
- Il finanziamento della ricerca sostiene l'iniziativa BRAIN
- Obiettivi chiave del progetto BRAIN
- I pro ei contro del Brain Mapping Project
Cos'è la mappatura cerebrale?
Fermati un attimo a considerare il cervello. Può contenere 100 miliardi di cellule. Ogni cellula, chiamata neurone, può connettersi a decine di migliaia di altre cellule cerebrali.
Queste reti supportano funzioni che sono parte integrante della nostra vita. Senza un cervello che funzioni anche minimamente, la maggior parte sarebbe d'accordo, non c'è vita significativa. La scienza ha tentato di illuminare questo più vitale dei nostri organi.
La storia della mappatura cerebrale
Comprendere il cervello non come un organo singolo e uniforme, ma come uno costituito da regioni discrete è un concetto che esiste da più di 100 anni. Nel 1909, Korbinian Brodmann scrisse un articolo che descriveva una mappa della corteccia cerebrale, dividendo la superficie del cervello in 43 aree. Ha separato queste regioni sulla base di campioni di tessuto cerebrale tagliato sottile che dimostrano modelli di colorazione del corpo cellulare distinti. L'architettura delle cellule potrebbe essere utilizzata per dividere il cervello in aree distinte.
I tentativi di Brodmann furono estremamente influenti. Correlare la struttura anatomica con la funzione cerebrale era unico. Ha consentito lo sviluppo di una struttura che ha tentato di collegare il danno a strutture specifiche a una perdita di funzione consistente. La sua mappa iniziale aiuta ancora i neuroscienziati a localizzare i risultati nell'imaging del cervello, come si potrebbe ottenere nel contesto di ictus, lesioni traumatiche o tumori.
Mappatura del cervello oggi
Proprio come altre mappe possono essere perfezionate nel tempo, ulteriori lavori hanno ampliato la nostra comprensione dell'organizzazione topografica dei tessuti del cervello. Il Brain Activity Map Project è stato creato per promuovere tali progressi. Questo progetto è stato promosso in una conferenza organizzata da Miyoung Chun della Kavli Foundation a Londra nel settembre 2011.
Gli scienziati hanno continuato a far progredire la comprensione della struttura del cervello.
Nel 2016, il cervello è stato ulteriormente suddiviso in 180 pacchetti separati che mostrano chiare differenze nella struttura, funzione e connettività: 97 aree incluse sono state descritte per la prima volta.
Queste mappe più recenti sono costruite con l'uso di tecniche di risonanza magnetica (MRI), inclusa la risonanza magnetica funzionale (fMRI), che misurano il flusso di sangue in risposta a diversi compiti mentali (molto specifici).
Questo tipo di mappatura prevede il movimento lento sulla superficie del cervello fino a quando non si notano cambiamenti significativi in due o più proprietà indipendenti, aiutando a delineare i bordi sulla mappa. Sebbene il numero di aree possa essere coerente, le dimensioni variano da individuo a individuo. Queste differenze possono distinguere in modo importante le capacità cognitive e creative, nonché il potenziale rischio di malattie legate al cervello come l'Alzheimer, il Parkinson e persino la depressione.
Dividere il cervello in pezzi più piccoli può aiutare i neuroscienziati ad apprezzare come funziona nel suo insieme. Tuttavia, singole misurazioni possono rivelarsi incomplete, fornendo una visione fuorviante del cervello e della sua funzione.
La mappatura spiega anche poco sulla biochimica che è fondamentale. Potrebbe anche non riuscire a chiarire il ruolo di piccoli gruppi di neuroni, o anche singoli importanti. Con l'avanzare della tecnologia, potrebbero essere necessari sforzi ripetuti di mappatura.
Al di là delle differenze strutturali evidenti a livello cellulare, potrebbe essere possibile organizzare i tessuti del cervello in base alla sua attività e interconnessioni. Con il sostegno politico ed economico, questo progetto è stato trasformato in una più ampia iniziativa BRAIN.
Il finanziamento della ricerca sostiene l'iniziativa BRAIN
Svelare la complessità del cervello richiede un livello di cooperazione quasi senza precedenti all'interno della comunità scientifica, la volontà di lavorare insieme attraverso le divisioni geopolitiche e una messa in comune delle risorse in un partenariato pubblico-privato globale.
Originariamente soprannominata Brain Activity Map, l'iniziativa Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) è stata lanciata dal presidente Barack Obama negli Stati Uniti il 2 aprile 2013.
L'iniziativa BRAIN aspira a mappare la funzione di centinaia di migliaia di neuroni simultaneamente, poiché funzionano alla velocità di un pensiero fugace.
Prima di rivedere le aspirazioni di questo progetto, è importante riconoscere che gli americani non sono soli nell'impresa.
In effetti, il progetto BRAIN si unisce ad altre iniziative mondiali che fanno parte di una spinta globale per comprendere più a fondo il funzionamento interno del cervello. Il 19 settembre 2016, l'Iniziativa Cervello Internazionale è stata lanciata in una riunione che accompagna l'Assemblea Generale delle Nazioni Unite. La National Sleep Foundation e il National Institute of Health (NIH) negli Stati Uniti hanno impegnato risorse per sviluppare e supportare il progetto.
Oltre allo sviluppo di un piano dettagliato per guidare la ricerca scientifica necessaria, inclusi calendari, tappe fondamentali e costi stimati, deve essere acquisito e mantenuto un sostegno finanziario. Il Brain Mapping Project, e la più ampia iniziativa BRAIN, è stato inizialmente finanziato con più di 100 milioni di dollari e si prevede che costerà miliardi di dollari in oltre un decennio.
Oltre ai soldi della ricerca pubblica, gli sforzi privati nella mappatura dinamica del cervello hanno incluso:
- Allen Institute for Brain Science a Seattle (spendendo $ 60 milioni all'anno in 4 anni)
- Howard Hughes Medical Institute in Virginia (spendendo almeno $ 30 milioni all'anno)
- Kavli Foundation a Oxnard, California (spendendo $ 4 milioni all'anno per dieci anni)
- Salk Institute for Biological Studies di San Diego (impegnando 28 milioni di dollari in sforzi)
L'iniziativa di ricerca collaborativa pubblico-privato ha infine l'obiettivo di supportare lo sviluppo di tecnologie innovative in grado di creare una comprensione dinamica della funzione cerebrale.
Obiettivi chiave del progetto BRAIN
La missione più ampia dell'iniziativa BRAIN è "approfondire la comprensione del funzionamento interno della mente umana e migliorare il modo in cui trattiamo, preveniamo e curiamo i disturbi del cervello". Per ottenere ciò, è necessario sviluppare una nuova tecnologia per esplorare il modo in cui le cellule e i circuiti del cervello interagiscono, rivelando in definitiva i complessi collegamenti tra la funzione e il comportamento del cervello.
Ci sono diversi obiettivi chiave di questo progetto e ci sono una miriade di modi in cui questi potrebbero essere realizzati nel prossimo decennio.
- Avanzare la neurotecnologia: Il sostegno finanziario a una ricerca promettente porterà al rapido sviluppo di una tecnologia che non solo ci aiuta a comprendere le basi del cervello, ma anche a diagnosticare e trattare i disturbi che lo riguardano. L'innovazione, i progressi scientifici e il progresso dei dispositivi richiederanno team multidisciplinari di ingegneri e neuroscienziati.
- Facilita l'imaging dinamico: Se l'attuale imaging cerebrale è come sfogliare una pila di fotografie, la tecnologia più recente produrrà immagini dinamiche, come osservare una funzione cerebrale in tempo reale. La tecnologia di imaging deve essere avanzata per visualizzare queste funzioni con una risoluzione più elevata su scale spaziali e temporali diverse.
- Esplora le funzionalità del cervello: Il cervello non è un organo statico; registra, elabora, archivia, recupera e utilizza attivamente grandi quantità di informazioni quasi istantaneamente. Per comprendere questa capacità, il cervello deve essere studiato in tempo reale con molteplici modalità potenziali, molte delle quali attualmente non esistono.
- Collega il comportamento alla funzione: La manifestazione esteriore della funzione cerebrale viene osservata come un comportamento. Ciò che è più complicato è la miriade di modi in cui si può notare che qualcuno si comporta. Con l'uso di modelli computazionali avanzati, potrebbe essere possibile svelare questi schemi e modelli pionieri per migliorare i comportamenti desiderati.
- Migliora le applicazioni dei consumatori: I dispositivi medici che interagiscono con il tessuto cerebrale possono influenzare profondamente le nostre vite future e la regolamentazione deve promuovere la salute e il benessere dei consumatori. Portare queste tecnologie ai consumatori con un occhio alla sicurezza e all'efficacia è fondamentale man mano che il campo avanza.
I pro ei contro del Brain Mapping Project
Può sembrare che ci siano opportunità illimitate e potenziale illimitato nel campo delle neuroscienze. Man mano che avanziamo nella conoscenza del cervello, acquisiamo una profonda comprensione di ciò che significa essere umani. Tuttavia, il Brain Mapping Project potrebbe presentare alcuni potenziali svantaggi.
- Fuga di denaro: Un progetto di grandi dimensioni come questo può sottrarre sostegno finanziario e attenzione da altre cause meritevoli. Questo finanziamento potrebbe essere bruscamente tagliato da agenzie governative o senza scopo di lucro.
- Priorità di ricerca diverse: Non tutti gli scienziati hanno lo stesso obiettivo. Quando sono costretti a cercare un sostegno finanziario, questo può allontanarli dai loro punti di forza. Anche considerazioni etiche possono limitare la cooperazione, poiché non tutti gli scienziati parteciperanno, ad esempio, alla ricerca sui primati.
- Conflitto e mancanza di consenso: Nella ricerca della verità scientifica, il percorso da seguire non è sempre chiaro. Personalità forti combinate con differenze di opinione possono portare a ipotesi contrastanti e priorità di ricerca. Questa mancanza di consenso tra gli esperti può seminare discordia.
- Ignorare i contributi dei paesi più piccoli: Sebbene i paesi industrializzati possano contribuire con 300 milioni di dollari in finanziamenti per la ricerca, i paesi in via di sviluppo potrebbero non essere in grado di presentare allo stesso modo un reclamo nel progetto. Ciò può essere controbilanciato contribuendo con pazienti, organismi modello e tecnologie a prezzi accessibili, ma solo se viene offerto un posto a tavola.
- Scienza di base vs. tecnologia applicata: Alcune conoscenze scientifiche vengono acquisite esclusivamente con il nobile scopo di far progredire la conoscenza. Gli incentivi finanziari e la capacità di creare una tecnologia applicata che possa essere redditizia, possono far pendere il centro dello sforzo.
- Integrazione delle risorse esistenti: Questo progetto si basa sul lavoro precedente e deve trovare un modo per integrare il progetto statunitense Human Connectome (incentrato sulla mappatura delle connessioni strutturali e funzionali del cervello), il progetto cervello umano dell'Unione europea (incentrato sulla scienza di base di come funziona il cervello ) e il programma CBRAIN del Canada (incentrato sulla creazione di tecnologie che possono essere applicate alla medicina), tra gli altri sforzi precedenti.
Fortunatamente, ci sono molte promesse e ragioni di speranza mentre questo progetto continua. La mappatura del cervello alla fine integrerà più misurazioni, tra cui:
- Spessore corticale
- Funzione cerebrale
- Connettività tra regioni
- Organizzazione topografica delle cellule
- Livelli di mielina (isolamento grasso che accelera la segnalazione neurale)
Unificare gli sforzi di ricerca, consentendo ai team di collaborare e scambiare informazioni, per perseguire obiettivi specifici sotto la bandiera del Brain Mapping Project consentirà progressi sostanziali nelle neuroscienze.
Una parola da Verywell
Il Brain Mapping Project rappresenta un notevole impegno per finanziare il progresso nella nostra comprensione della correlazione tra strutture e funzioni all'interno del cervello. Potenti microscopi, risorse di supercalcolo e strumenti universali di mappatura del cervello consentiranno agli scienziati di accelerare la scoperta. Questi progressi possono dimostrare di consentire il miglioramento della salute del cervello per tutta l'umanità, ma solo se vengono mantenuti i finanziamenti e la cooperazione.