Tre stora utmaningar för hjärnvetenskap som kan lösas på 10 år

En av de stora vetenskapliga utmaningarna är att förstå den mänskliga hjärnan. Forskarlag runt om i världen samlar in data i rasande fart om allt från hjärnans koppling och hur den beräknas till hjärnsjukdomens natur och hur den bättre kan diagnostiseras och behandlas.

Och ändå är det fortfarande ett problem att sammanföra detta arbete på ett sätt som ger uppnåeliga mål. Så senare denna månad kommer det internationella hjärnvetenskapssamfundet att sitta ner i New York för att ta reda på hur man kan samordna sitt arbete med viktiga gemensamma mål.

Men exakt vad dessa mål ska vara vet ingen. Så en viktig utestående fråga är: vilka stora utmaningar bör hjärnforskare fokusera på?

Idag får vi ett svar tack vare en brainstorming som hölls tidigare i år av många av världens mest inflytelserika neuroforskare. De har nu publicerat sina slutsatser och säger att de har identifierat tre stora utmaningar som är möjliga att uppnå under de kommande 10 åren och därför borde bli fokus för den globala neurovetenskapliga gemenskapen.

Den första stora utmaningen försöker förstå vad som gör hjärnor unika. Neuroforskare har länge känt till att hjärnans struktur varierar enormt både inom och mellan arter. Variationerna förekommer i hjärnans anatomi – deras biokemi och anslutningsmöjligheter såväl som i hur de utvecklas och genuttrycket som är involverat i denna process.

Att förstå designprinciperna som styr variabilitet kan vara nyckeln till att förstå intelligens och subjektiv upplevelse, såväl som påverkan av variabilitet på hälsa och funktion, säger brainstorming-teamet.

Så den stora utmaningen de föreslår är att kartlägga dessa variationer över ett brett spektrum av arter, en övning som de kallar anatomisk neurokartografi. Inom ett decennium förväntar vi oss att ha tagit itu med denna utmaning i hjärnor inklusive men inte begränsat till Drosophila, Zebrafish, Mouse och Marmoset, och att ha utvecklat verktyg för att utföra massiva neurokartografiska analyser, säger de. Resultatet kommer att bli en toppmodern 'Virtual NeuroZoo' med helt kommenterade data och analysverktyg för analys och upptäckt.

Den andra stora utmaningen är att ta reda på hur hjärnan löser livets komplexa beräkningsproblem, som att korsa svår terräng, översätta språk och känna igen känslomässiga tillstånd. Det är en långvarig gåta. Medan världens mest kraftfulla datorer kämpar med dessa uppgifter trots häpnadsväckande processorkraft och megawatt kraft, gör hjärnan allt detta på lite mer än en skål gröt varje dag.

Hur klarar hjärnan detta? För att ta reda på det föreslår brainstormarna att studera hur olika hjärnkomponenter samverkar för att orkestrera komplext beteende. Detta kommer att kräva en ny generation experiment för att göra detta i naturliga miljöer. Och det kommer att kräva samordnade ansträngningar att studera dessa hjärnmekanismer på olika skalor så olika team måste arbeta nära för att samordna sitt arbete. Dessa experiment kommer att producera flerskaliga modeller av neurala system med potential att utföra beräkningsuppgifter som inget nuvarande datorsystem kan utföra, säger teamet.

Den sista utmaningen är hur man använder all denna information för att hjälpa till att diagnostisera och förebygga hjärnsjukdomar och för att återställa funktionen när hjärnan skadas. Mycket av detta arbete kommer att fokusera på att bättre förstå hur neurala funktioner kan gå fel. Men denna förbättrade kunskap kommer också att behöva omsättas till verktyg som kommer att förbättra det kliniska beslutsfattandet.

Det finns ett annat mål som teamet har satt upp för världens neurovetenskapliga gemenskap. Detta för att skapa den tekniska infrastrukturen för samarbeten som fungerar i global skala. Denna infrastruktur kommer att kallas International Brain Station, som en hyllning till den internationella rymdstationen, som gruppen säger sig beundra. International Brain Station är i grunden ett molnprojekt som gör det möjligt för forskare att samla in, lagra och analysera data på ett sätt som är tillgängligt för alla.

Allt detta låter enormt ambitiöst, men det saknas ett antal detaljer. En av dessa är rollen för Europe’s Human Brain Project, som för närvarande finansieras med en miljard euro. Är International Brain Station en konkurrent till detta projekt, en förlängning eller någon form av följd?

Och vad är kostnaden för International Brain Station? Brainstormarna nämner inget om hur mycket deras ansträngning sannolikt kommer att kosta eller vem som kan betala för det (även om deras möte stöddes av National Science Foundation och Kavli Foundation).

I detta avseende är den internationella rymdstationen kanske inte det bästa exemplet att sträva efter. Rymdstationen kostade uppemot 150 miljarder dollar och är med viss marginal världens dyraste maskin.

Kanske har dessa frågor medvetet lämnats till mötet Coordinating Global Brain Projects som kommer att äga rum i New York den 19 september.

En sak som denna rapport har till sin fördel är stamtavlan för de forskare som har bidragit. Dessa inkluderar Story Landis, tidigare chef för National Institute of Neurological Disorders and Stroke vid National Institutes of Health; Winfried Denk, chef för Max Planck Institute of Neurobiology; Hollis Cline, professor i neurovetenskap vid Scripps Research Institute; och George Church, en genetiker vid Harvard University.

Det kommer att bli fascinerande att ta reda på om resten av den globala hjärnvetenskapsgemenskapen håller med.

Ref: arxiv.org/abs/1608.06548 : Stora utmaningar för globala hjärnvetenskaper

Dölj