Drie grote uitdagingen voor hersenwetenschap die in 10 jaar kunnen worden opgelost

Een van de grote wetenschappelijke uitdagingen is het begrijpen van het menselijk brein. Onderzoeksteams over de hele wereld verzamelen in razend tempo gegevens over alles, van het connectoom van de hersenen en de manier waarop deze wordt berekend tot de aard van hersenziekte en hoe deze beter kan worden gediagnosticeerd en behandeld.

En toch is het nog steeds een probleem om dit werk samen te brengen op een manier die haalbare doelen oplevert. Dus later deze maand zal de internationale hersenwetenschappelijke gemeenschap in New York gaan zitten om uit te werken hoe haar werk aan belangrijke gemeenschappelijke doelen kan worden gecoördineerd.

Maar wat die doelen precies moeten zijn, weet niemand. Een belangrijke openstaande vraag is dus: op welke grote uitdagingen moeten hersenwetenschappers zich richten?

Vandaag krijgen we een antwoord dankzij een brainstormsessie die eerder dit jaar werd gehouden door veel van 's werelds meest invloedrijke neurowetenschappers. Ze hebben nu hun conclusies gepubliceerd en zeggen dat ze drie grote uitdagingen hebben geïdentificeerd die in de komende 10 jaar haalbaar zijn en die dus de focus zouden moeten worden van de wereldwijde neurowetenschappelijke gemeenschap.

De eerste grote uitdaging is om te begrijpen wat hersenen uniek maakt. Neurowetenschappers weten al lang dat de hersenstructuur enorm varieert, zowel binnen als tussen soorten. De variaties komen voor in de anatomie van hersenen - hun biochemie en connectiviteit, evenals in de manier waarop ze zich ontwikkelen en de genexpressie die bij dit proces betrokken is.

Het begrijpen van de ontwerpprincipes die variabiliteit bepalen, kan de sleutel zijn tot het begrijpen van intelligentie en subjectieve ervaring, evenals de invloed van variabiliteit op gezondheid en functie, zegt het brainstormteam.

Dus de grote uitdaging die ze voorstellen, is om deze variaties over een breed scala aan soorten in kaart te brengen, een oefening die ze anatomische neurocartografie noemen. Binnen een decennium verwachten we deze uitdaging in de hersenen, inclusief maar niet beperkt tot Drosophila, Zebrafish, Mouse en Marmoset, te hebben aangepakt en hulpmiddelen te hebben ontwikkeld om enorme neurocartografische analyses uit te voeren, zeggen ze. Het resultaat is een state-of-the-art 'Virtual NeuroZoo' met volledig geannoteerde data en analytische tools voor analyse en ontdekking.

De tweede grote uitdaging is om erachter te komen hoe de hersenen de complexe computerproblemen van het leven oplossen, zoals het oversteken van moeilijk terrein, het vertalen van talen en het herkennen van emotionele toestanden. Dat is een al lang bestaand raadsel. Terwijl 's werelds krachtigste computers ondanks verbijsterende verwerkingskracht en megawatt aan vermogen met deze taken worstelen, doen de hersenen dit alles op niet meer dan een kom pap per dag.

Hoe gaan de hersenen hiermee om? Om daar achter te komen, stellen de brainstormers voor om te onderzoeken hoe verschillende hersencomponenten samenwerken om complex gedrag te orkestreren. Dit vereist een nieuwe generatie experimenten om dit in natuurlijke omgevingen te doen. En het vereist gecoördineerde inspanningen om deze hersenmechanismen op verschillende schalen te bestuderen, zodat verschillende teams nauw zullen moeten samenwerken om hun werk te coördineren. Deze experimenten zullen multischaalmodellen van neurale systemen opleveren met het potentieel om computationele taken uit te voeren die geen enkel huidig ​​computersysteem kan uitvoeren, zegt het team.

De laatste uitdaging is hoe al deze informatie te gebruiken om hersenziekte te diagnosticeren en te voorkomen en om de functie te herstellen wanneer hersenen beschadigd raken. Veel van dit werk zal gericht zijn op een beter begrip van hoe de neurale functie fout kan gaan. Maar deze verbeterde kennis zal ook moeten worden vertaald in hulpmiddelen die de klinische besluitvorming zullen verbeteren.

Er is nog een ander doel dat het team heeft gesteld voor de neurowetenschappelijke wereldgemeenschap. Dit om de technologische infrastructuur te creëren voor samenwerkingen die op wereldschaal werken. Deze infrastructuur zal bekend staan ​​als het International Brain Station, een eerbetoon aan het International Space Station, dat de groep beweert te bewonderen. Het International Brain Station is in wezen een cloud computing-project waarmee onderzoekers gegevens kunnen verzamelen, opslaan en analyseren op een manier die voor iedereen toegankelijk is.

Dit klinkt allemaal enorm ambitieus, maar er ontbreken een aantal details. Een daarvan is de rol van het Europe's Human Brain Project, dat momenteel wordt gefinancierd voor een bedrag van € 1 miljard. Is het International Brain Station een concurrent van dit project, een uitbreiding of een uitvloeisel daarvan?

En hoe zit het met de kosten van het International Brain Station? De brainstormers maken geen melding van hoeveel hun onderneming waarschijnlijk gaat kosten of wie het zou kunnen betalen (hoewel hun bijeenkomst werd ondersteund door de National Science Foundation en de Kavli Foundation).

In dit opzicht is het internationale ruimtestation misschien niet het beste voorbeeld om naar te streven. Het ruimtestation kostte meer dan $ 150 miljard en is met enige marge 's werelds duurste machine.

Misschien zijn die zaken bewust gelaten voor de Coördinating Global Brain Projects-bijeenkomst die op 19 september in New York zal plaatsvinden.

Een ding dat dit rapport in zijn voordeel heeft, is de stamboom van de wetenschappers die hebben bijgedragen. Deze omvatten Story Landis, voormalig directeur van het National Institute of Neurological Disorders and Stroke bij de National Institutes of Health; Winfried Denk, directeur van het Max Planck Instituut voor Neurobiologie; Hollis Cline, hoogleraar neurowetenschappen aan het Scripps Research Institute; en George Church, een geneticus aan de Harvard University.

Het zal fascinerend zijn om erachter te komen of de rest van de wereldwijde hersenwetenschappelijke gemeenschap het daarmee eens is.

Referentie: arxiv.org/abs/1608.06548 : Grote uitdagingen voor wereldwijde hersenwetenschappen

zich verstoppen