Tre store udfordringer for hjernevidenskab, der kan løses på 10 år

En af de store videnskabelige udfordringer er at forstå den menneskelige hjerne. Forskerhold rundt om i verden indsamler data i en rasende hastighed om alt fra hjernens forbindelse og den måde, den beregner på, til hjernesygdommens natur, og hvordan den bedre kan diagnosticeres og behandles.

Og alligevel er det stadig et problem at samle dette arbejde på en måde, der producerer opnåelige mål. Så senere på måneden sætter det internationale hjernevidenskabssamfund sig ned i New York for at finde ud af, hvordan man kan koordinere sit arbejde med vigtige fælles mål.

Men præcis, hvad disse mål skal være, er der ingen, der ved. Så et vigtigt udestående spørgsmål er: hvilke store udfordringer skal hjerneforskere fokusere på?

I dag får vi svar takket være en brainstormsession afholdt tidligere på året af mange af verdens mest indflydelsesrige neurovidenskabsmænd. De har nu offentliggjort deres konklusioner og siger, at de har identificeret tre store udfordringer, der er opnåelige i de næste 10 år, og som derfor burde blive fokus for det globale neurovidenskabelige samfund.

Den første store udfordring søger at forstå, hvad der gør hjerner unikke. Neurovidenskabsmænd har længe vidst, at hjernestrukturen varierer enormt både inden for og på tværs af arter. Variationerne optræder i hjernens anatomi - deres biokemi og tilslutningsmuligheder såvel som i den måde, de udvikler sig på, og genekspressionen, der er involveret i denne proces.

At forstå designprincipperne, der styrer variabilitet, kan være nøglen til at forstå intelligens og subjektiv oplevelse, såvel som variationens indflydelse på sundhed og funktion, siger brainstorming-teamet.

Så den store udfordring, de foreslår, er at kortlægge disse variationer på tværs af en bred vifte af arter, en øvelse, de kalder anatomisk neurokartografi. Inden for et årti forventer vi at have løst denne udfordring i hjerner, herunder men ikke begrænset til Drosophila, Zebrafisk, Mus og Marmoset, og at have udviklet værktøjer til at udføre massive neurokartografiske analyser, siger de. Resultatet bliver en state-of-the-art 'Virtual NeuroZoo' med fuldt kommenterede data og analytiske værktøjer til analyse og opdagelse.

Den anden store udfordring er at finde ud af, hvordan hjernen løser livets komplekse beregningsmæssige problemer, såsom at krydse vanskeligt terræn, oversætte sprog og genkende følelsesmæssige tilstande. Det er en langvarig gåde. Mens verdens mest kraftfulde computere kæmper med disse opgaver på trods af forbløffende processorkraft og megawatt strøm, gør hjernen alt dette på lidt mere end en skål grød hver dag.

Hvordan klarer hjernen dette? For at finde ud af det foreslår brainstormerne at studere, hvordan forskellige hjernekomponenter arbejder sammen for at orkestrere kompleks adfærd. Dette vil kræve en ny generation af eksperimenter for at gøre dette i naturlige miljøer. Og det vil kræve en koordineret indsats at studere disse hjernemekanismer på forskellige skalaer, så forskellige teams bliver nødt til at arbejde tæt sammen for at koordinere deres arbejde. Disse eksperimenter vil producere multiskalamodeller af neurale systemer med potentiale til at udføre beregningsopgaver, som intet nuværende computersystem kan udføre, siger teamet.

Den sidste udfordring er, hvordan man bruger al denne information til at hjælpe med at diagnosticere og forebygge hjernesygdomme og genoprette funktionen, når hjerner bliver beskadiget. Meget af dette arbejde vil fokusere på bedre at forstå, hvordan neurale funktioner kan gå galt. Men denne forbedrede viden skal også omsættes til værktøjer, der vil forbedre den kliniske beslutningstagning.

Der er et andet mål, som holdet har sat for verdens neurovidenskabelige samfund. Dette er for at skabe den teknologiske infrastruktur for samarbejder, der fungerer på globalt plan. Denne infrastruktur vil blive kendt som den internationale hjernestation, som en hyldest til den internationale rumstation, som gruppen foregiver at beundre. The International Brain Station er i bund og grund et cloud computing-projekt, der vil give forskere mulighed for at indsamle, gemme og analysere data på en måde, der er tilgængelig for alle.

Alt dette lyder enormt ambitiøst, men der mangler en række detaljer. En af disse er rollen for Europe's Human Brain Project, som i øjeblikket er finansieret med 1 mia. EUR. Er den internationale hjernestation en konkurrent til dette projekt, en udvidelse eller en slags følge?

Og hvad med prisen på den internationale hjernestation? Brainstormerne nævner ikke, hvor meget deres bestræbelser sandsynligvis vil koste, eller hvem der kan betale for det (selvom deres møde blev støttet af National Science Foundation og Kavli Foundation).

I denne forbindelse er den internationale rumstation måske ikke det bedste eksempel at stræbe efter. Rumstationen kostede op mod 150 milliarder dollars og er med en vis margen verdens dyreste maskine.

Måske er disse spørgsmål bevidst blevet overladt til Coordinating Global Brain Projects-mødet, der finder sted i New York den 19. september.

En ting, som denne rapport har til fordel, er stamtavlen for de videnskabsmænd, der har bidraget. Disse omfatter Story Landis, tidligere direktør for National Institute of Neurological Disorders and Stroke ved National Institutes of Health; Winfried Denk, direktør for Max Planck Institute of Neurobiology; Hollis Cline, professor i neurovidenskab ved Scripps Research Institute; og George Church, en genetiker ved Harvard University.

Det bliver fascinerende at finde ud af, om resten af ​​det globale hjernevidenskabssamfund er enige.

Ref: arxiv.org/abs/1608.06548 : Store udfordringer for globale hjernevidenskaber

skjule