Wie können "Gehirnbeobachtungseinrichtungen" der BRAIN-Initiative helfen?

Quelle: Viktoriya / Shutterstock

Im Jahr 2013 enthüllte Präsident Obama eine 100 Millionen US-Dollar umfassende öffentlich-private Initiative zur Kartierung des menschlichen Gehirns. Barack Obama beschrieb die BRAIN-Initiative mit den Worten: "Dieses enorme Geheimnis wartet darauf, freigeschaltet zu werden, und die BRAIN-Initiative wird dies ändern, indem sie den Wissenschaftlern die Werkzeuge zur Verfügung stellt, die sie brauchen, um ein dynamisches Bild des Gehirns in Aktion zu bekommen und besser zu verstehen, wie wir denken und wie wir lernen und wie wir uns erinnern. Und dieses Wissen wird transformierend sein. "

In den frühen 1960er Jahren führte Präsident John F. Kennedy eine außerordentliche Expansion des US-Weltraumprogramms an. JFK hat erhebliche nationale Ressourcen für das ehrgeizige Ziel bereitgestellt, die NASA dazu zu bringen, einen Mann auf dem Mond zu landen und ihn sicher nach Hause zu bringen. In vielerlei Hinsicht ähnelt Obamas Interesse, unseren tiefsten inneren Raum zu erforschen, dem Wunsch von Kennedy, den Weltraum zu erforschen.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Nobelpreisträger Sydney Brenner sagte einmal: "Der Fortschritt in der Wissenschaft hängt von neuen Techniken, neuen Entdeckungen und neuen Ideen ab, wahrscheinlich in dieser Reihenfolge." Die Erforschung des Weltraums und des menschlichen Gehirns hängt stark von fortgeschrittenen Techniken und Technologien ab neue Entdeckungen machen.

In der Vergangenheit haben interdiszipli- näre Forscher, die gemeinsam arbeiteten, neue Ideen in wissenschaftliche Durchbrüche verwandelt. Aus diesem Grund fordert eine Gruppe führender amerikanischer Neurowissenschaftler die Schaffung zentralisierter "Gehirn-Observatorien", die die Fähigkeit von Wissenschaftlern in den USA, das menschliche Gehirn zu erforschen, revolutionieren könnten.

• Rechtliche Folgen von Demenz
• Hoarders verstehen
• Lektionen im Sprechen vom Herzen
• Nr. 1 Grund, Lebhafte Träume zu haben, nützt Ihrem Gehirn
• Tief in die Dunkelheit auf Pluto

Was ist die BRAIN-Initiative?

Die BRAIN-Initiative ist nach dem Akronym " Brain Research durch die Förderung innovativer Neurotechnologien " benannt. Im Jahr 2013 hat die BRAIN-Initiative das wissenschaftliche Wissen über das Denken, Lernen und Erinnern auf neuronaler Ebene erweitert. Eines Tages könnten die Ergebnisse dieser Initiative zu Durchbrüchen bei der Diagnose und Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit (AD), Autismus-Spektrum-Störung (ASD) und Schizophrenie führen.

In den vergangenen zwei Jahren hat die BRAIN-Initiative Fortschritte bei der Erreichung großmaßstäblicher neurowissenschaftlicher Ziele und bei der Entwicklung fortgeschrittener Forschungsinstrumente erzielt. Es gibt jedoch einen neuen Aufruf einer Gruppe von Neurowissenschaftlern zur Schaffung eines koordinierten nationalen Netzwerks von neurotechnologischen Zentren oder "Gehirnobservatorien". Derzeit umfasst die BRAIN-Initiative über 100 autonome Labore in den Vereinigten Staaten. In der Regel teilen diese Labors ihre Daten oder Technologie nicht miteinander, was den Fortschritt verlangsamt.

Der Meinungsbrief Oktober 2015 "Ein nationales Netzwerk von Neurotechnologiezentren für die BRAIN-Initiative" wurde in der Zeitschrift Neuron veröffentlicht . Die sechs Autoren des Briefes sind: Rafael Yuste von der Columbia University, Michael Roukes von Caltech, Ralph Greenspan vom Kavli Institute for Brain and Mind, George Church vom Wyss Institute und der Harvard Medical School, Miyoung Chun von der Kavli Foundation und A Paul Alivisatos von der Universität von Kalifornien, Berkeley. In ihrem Meinungsbrief schreiben sie:

• Was verursacht Alzheimer?
• Mit dem sehr Alten spielen
• Möchten Sie Ihr Gehirn auffüllen? Brennen Sie einige Kalorien über Übung
• Wohin gehen alle Hunde?
• Der Nebel wird gelüftet: Craniosacrale Therapie soll Demenz lindern

"In unserem ursprünglichen Vorschlag für ein Brain Activity Map (BAM) -Projekt (Alivisatos et al., 2012) haben wir betont, dass das wissenschaftliche Verständnis des Gehirns durch die Einschränkungen traditioneller Methoden zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität behindert wurde Bei der Beobachtung und Interaktion mit neuronalen Schaltkreisen auf diesen höheren Ebenen der Komplexität haben wir auf die jüngsten Fortschritte in der Nanotechnologie, molekulare Reporter, moderne optische und photonische Systeme und großtechnische Halbleiterintegration hingewiesen. Diese Felder sind jetzt reif genug, um ihre Verknüpfung zu leistungsstarken Neurotechnologien zu ermöglichen, die die Durchführung der neurowissenschaftlichen Forschung grundlegend verändern werden.

Unsere Ideen bildeten die Grundlage für die BRAIN-Initiative (Insel et al., 2013), eine landesweite White House Grand Challenge, an der derzeit mehr als einhundert US-Labore und zahlreiche regionale Ableger beteiligt sind. Die kollektive Bewältigung dieser großen Herausforderung in Wissenschaft und Technologie wird bereits weithin als nationaler Erfolg und als Beispiel für die führende Rolle der USA in Wissenschaft und Technologie gesehen.

Wir schlagen vor, ein nationales Netzwerk von Zentren für Neurotechnologie zu schaffen, um die BRAIN-Initiative zu fördern und zu beschleunigen und den Einsatz und die Kreativität der einzelnen Laboratorien optimal zu nutzen. Als "Gehirn-Observatorien" könnten diese Zentren das kritische interdisziplinäre Umfeld sowohl für die Realisierung ehrgeiziger und komplexer Technologien als auch für den Zugang einzelner Forscher zu ihnen bieten.

In der Physik und Astronomie wurde das zentrale Paradigma seit langem als Mittel zum technologisch aufsteigenden sogenannten Technology Readiness Level (TRL) -Index verstanden. Durch koordinierte, zentrumsübergreifende Bemühungen konnten komplexe Projekte in Systeme münden, die ausgereift genug sind, um anspruchsvolle Experimente und hochmoderne Erkundungsmissionen mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit starten zu können. "

Vier Wege, auf denen Hirnbeobachtungseinrichtungen der BRAIN-Initiative helfen könnten

Die sechs Autoren des jüngsten Briefes, in dem "Gehirnobservatorien" gefordert werden, umreißen vier Hauptbereiche der BRAIN-Initiative, die besonders auf neue Technologien angewiesen sind. Wissenschaftliche Fortschritte werden in diesen Kategorien wahrscheinlich nicht ohne die Schaffung eines zentralisierten nationalen Netzwerks gemeinsamer Neurotechnologie rasch entdeckt werden.

4 Kategorien, die Hirnobservatorien erfordern

1. Connectomics
2. Neurale Nanoprobe-Systeme
3. Neue Technologien für die Resonanzbildgebung
4. Computational Data Mining

Jede dieser vier Kategorien erfordert Plattformen, die teuer zu erwerben, zu implementieren und zu warten sind. Die Autoren stellen fest, dass, wenn jeder dieser vier nur in einem einzigen Labor gehostet und nicht mit anderen geteilt wird, dies die wissenschaftliche Reproduzierbarkeit und Robustheit verringert.

Die Autoren schreiben: "Wenn die BRAIN-Initiative über ihr derzeitiges Portfolio an Einzel- und Forschungsvorhaben hinausgeht, besteht eine enorme Chance für rasche Fortschritte in den vier oben genannten Bereichen. Diese Zentren würden die Hunderte von einzelnen Laboratorien, die jetzt von der BRAIN-Initiative finanziert werden, vereinen und zusammenführen. "

Schlussfolgerung: Neurotechnologische Zentren werden individuelle Erfolge verstärken

"Gehirn Observatorien" könnten nach bestehenden astronomischen Observatorien modelliert werden, die gemeinsam Daten teilen. In ihrem Meinungsbrief kommen die sechs Neurowissenschaftler zu dem Schluss,

"Wir stellen uns Zentren vor, die als" Gehirn-Observatorien "(Yuste und Church, 2014) unabhängig voneinander sind, während sie stark interaktiv und kollaborativ sind – nicht nur am Anfang, sondern während ihrer gesamten Lebenszeit. Solche Zentren könnten in bestehenden akademischen Laboren oder nationalen Einrichtungen eingerichtet oder de novo implementiert werden.

Wir sind der Ansicht, dass die technologischen Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, so komplex sind, dass sie für einzelne Ermittler unerschwinglich sind. Wir glauben, dass sie nur durch hoch koordinierte, multi-investigator-übergreifende Anstrengungen bewältigt werden können. Wir glauben, dass die frühe Phase der BRAIN-Initiative die Grundlage für die nächsten kritischen Phasen gelegt hat: die Entwicklung integrierter neurotechnologischer Systeme und die anschließende Verbreitung neu geschaffener Werkzeuge.

In der Tat, weil die von uns befürworteten neurotechnologischen Zentren letztlich der gesamten Gesellschaft zugute kommen, glauben wir, dass sie in der Öffentlichkeit existieren und als nationale Ressource verwaltet werden sollten. Um derartige nationale Zentren zu starten, bedarf es eines Konsens zwischen Forschern, Bundesbeamten und privaten Organisationen; Um dies zu erreichen, ist eine inspirierte öffentliche Führung unerlässlich.

Die BRAIN-Initiative hat den Grundstein für den Erfolg gelegt und ist bereit, eine neue und aufregende Phase der Neurowissenschaft mit immensem Potenzial für gesellschaftlichen Nutzen und wissenschaftliche Entdeckungen hervorzurufen. Die rasche Etablierung eines vitalen nationalen Netzwerks kollaborativ ausgerichteter neurotechnologischer Zentren ist der sicherste Weg zu diesem Ziel. Wenn die BRAIN-Initiative als nationale Anstrengung von historischem Ausmaß Erfolg haben soll, muss sie als solche behandelt werden. "

Hoffentlich wird dieser Call-to-Action alle verschiedenen Institutionen und politischen Entscheidungsträger mobilisieren, die an der BRAIN-Initiative beteiligt sind, um gemeinsam ein gemeinsames Ziel zu erreichen, indem ein zentralisiertes nationales Netzwerk von neurotechnologischen Zentren geschaffen wird.

© 2015 Christopher Bergland. Alle Rechte vorbehalten.

Folge mir auf Twitter @ckbergland für Updates zu den Blog-Beiträgen des Athleten .

Der Athlet's Way ® ist eine eingetragene Marke von Christopher Bergland