–Alivisatos et al. [1]
Белый дом BRAIN Initiative ( Brain Research через Продвижение инновационного Neurotechnologies ), является совместной, государственно-частным исследование инициативы , объявленная в администрации Обамы 2 апреля 2013 года , с целью содействия разработки и применения инновационных технологий , которые могут создать динамическое понимание функции мозга . [2] [3] [4] [5] [6]
Это мероприятие представляет собой грандиозную задачу, направленную на революцию в нашем понимании человеческого мозга, и было разработано Управлением научно-технической политики Белого дома (OSTP) в рамках более широкой инициативы Белого дома в области неврологии . [7] Вдохновленный проектом «Геном человека» , BRAIN стремится помочь исследователям раскрыть тайны заболеваний головного мозга , таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона , депрессия и черепно-мозговые травмы (ЧМТ).
Участниками BRAIN и аффилированных лиц проекта являются DARPA и IARPA, а также многочисленные частные компании, университеты и другие организации в США, Австралии, Канаде и Дании. [8]
Задний план
Инициатива BRAIN отражает ряд влияний, возникших более десяти лет назад. Некоторые из них включают: встречи по планированию в Национальных институтах здравоохранения, которые привели к разработке проекта NIH для исследований в области нейробиологии; [9] семинары в Национальном научном фонде (NSF) по познанию , нейробиологии и конвергентной науке , включая отчет 2006 года «Грандиозные проблемы разума и мозга»; [10] отчеты Национального исследовательского совета и Форума Института медицины по неврологии и расстройствам нервной системы, в том числе «От молекул к разуму: вызовы 21 века», отчет о семинаре 25 июня 2008 г., посвященном серьезным проблемам. в неврологии .; [11] лет исследований и отчетов ученых и профессиональных обществ; и интерес Конгресса.
Одним из важных мероприятий был проект карты активности мозга . В сентябре 2011 года молекулярный биолог Миюнг Чун из Фонда Кавли организовал в Лондоне конференцию, на которой ученые впервые выдвинули идею такого проекта. [4] [12] На последующих встречах ученые из правительственных лабораторий США, включая сотрудников Управления по политике в области науки и технологий , а также из Медицинского института Говарда Хьюза и Института мозговых исследований Аллена , вместе с представителями Google , Microsoft , и Qualcomm обсудили возможности будущего проекта под руководством правительства. [2]
Среди других факторов, оказавших влияние, - междисциплинарный проект «Десятилетие разума», возглавляемый Джеймсом Л. Олдсом, который в настоящее время является заместителем директора по биологическим наукам в NSF, [13] [14] и проект «Revolutionizing Prosthetics» в DARPA , возглавляемый доктором доктором . Geoffrey Ling и показано на 60 минут в апреле 2009 года [15]
Разработка плана инициативы BRAIN в Исполнительном аппарате президента (EOP) возглавлялась OSTP и включала следующий персонал EOP: Филип Рубин , тогдашний главный помощник директора по науке и руководитель Инициативы неврологии Белого дома; Томас Калил , заместитель директора по технологиям и инновациям; Кристин Доргело , тогда помощник директора по большим вызовам, а затем руководитель аппарата OSTP; и Карлос Пенья, помощник директора по новейшим технологиям и в настоящее время директор отдела неврологических и физических медицинских устройств в Управлении оценки устройств Центра устройств и радиологического здоровья (CDRH) Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). ). [16] [17]
Объявление
2 апреля 2013 года на мероприятии в Белом доме президент Барак Обама объявил об инициативе BRAIN с предложенными первоначальными расходами на 2014 финансовый год в размере около 110 миллионов долларов от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национальных институтов здравоохранения (NIH). ) и Национального научного фонда (NSF). [4] [5] [6] Президент также поручил Президентской комиссии по изучению биоэтических вопросов изучить этические, правовые и социальные последствия, поднятые инициативой и нейробиологией в целом. Дополнительные обязательства были также приняты Институтом исследований мозга Аллена , Медицинским институтом Говарда Хьюза и Фондом Кавли . NIH также объявил о создании рабочей группы Консультативного комитета при директоре во главе с нейробиологами Корнелией Баргманн и Уильямом Ньюсомом и с участием ex officio DARPA и NSF, чтобы помочь сформировать роль NIH в Инициативе BRAIN. NSF планировал получить рекомендации от консультативных комитетов своего директората, от Национального научного совета и на серии встреч с участием ученых в области нейробиологии и смежных областях. [4] [5] [6]
Экспериментальные подходы
В новостях сообщалось, что исследование позволит отобразить динамику активности нейронов у мышей и других животных [3] и, в конечном итоге, десятки миллиардов нейронов в человеческом мозге. [18]
В научном комментарии 2012 года, в котором излагаются экспериментальные планы для более ограниченного проекта, Alivisatos et al. описал ряд конкретных экспериментальных методов, которые могут быть использованы для достижения того, что они назвали «функциональным коннектомом », а также новые технологии, которые необходимо будет разработать в ходе проекта. [1] Они указали, что первоначальные исследования могут быть проведены на Caenorhabditis elegans , а затем на Drosophila , из-за их сравнительно простых нейронных цепей. Среднесрочные исследования можно провести на рыбках данио , мышах и этрусских землероках , а в конечном итоге - на приматах и людях. Они предложили разработать наночастицы, которые можно было бы использовать в качестве датчиков напряжения , которые будут определять индивидуальные потенциалы действия , а также нанозонды, которые могли бы служить в качестве электрофизиологических многоэлектродных решеток . В частности, они призвали к использованию беспроводных, неинвазивных методов обнаружения нейронной активности, либо с использованием микроэлектронной очень крупномасштабной интеграции , либо на основе синтетической биологии, а не микроэлектроники. В одном из таких предложенных методов ферментативно продуцируемая ДНК будет служить «тикерной записью» нейрональной активности [1] [19], основанной на индуцированных ионами кальция ошибках в кодировании ДНК-полимеразой . [20] Данные будут анализироваться и моделироваться с помощью крупномасштабных вычислений . [1] Родственный метод предлагал использовать высокопроизводительное секвенирование ДНК для быстрого картирования нейронных связей. [21]
График
График, предложенный Рабочей группой в 2014 году: [22]
- 2016–2020: разработка и проверка технологий
- 2020–2025 годы: комплексное применение этих технологий для новых фундаментальных открытий в области мозга
Рабочая группа
Консультативный комитет: [23]
|
|
Участников
По состоянию на декабрь 2018 г. на сайте BRAIN Initiative перечислены следующие участники и аффилированные лица:
- Национальные институты здоровья (член Альянса)
- Национальный научный фонд (член Альянса)
- Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (член Альянса)
- Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA) (член альянса)
- Инициатива Белого дома BRAIN (филиал Альянса)
- Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (участник BI)
- Фонд Саймонса (член Альянса)
- Национальная инициатива по фотонике (участник BI)
- Институт исследований мозга Аллена (член Альянса)
- Медицинский институт Джанелии / Говарда Хьюза (филиал Альянса)
- Сеть архитекторов нейротехнологий (участник BI)
- Тихоокеанский Северо-Западный район неврологии (участник BI)
- Система Калифорнийского университета Cal-BRAIN (участник BI)
- Институт мозга Питтсбургского университета (участник BI)
- Blackrock Microsystems (участник BI)
- GlaxoSmithKline (участник BI)
- Фонд исследований мозга и поведения (участник BI)
- Центр системной нейробиологии Бостонского университета (участник BI)
- General Electric (участник BI)
- Boston Scientific (участник BI)
- BrainHub Университета Карнеги-Меллона (участник бизнес-аналитики)
- NeuroNexus (участник BI)
- Medtronic (участник BI)
- Pediatric Brain Foundation (участник BI)
- Системная неврология Техасского университета (участник BI)
- Центр инноваций в науке о мозге Университета Аризоны (участник BI)
- Институт биологических исследований Солка (участник BI)
- Second Sight (участник BI)
- Фонд Кавли (Член Альянса)
- Портал неврологии Университета Юты (участник бизнес-аналитики)
- Blackrock Microsystems (участник BI)
- Ripple (участник BI)
- Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса (участник BI)
- NeuroPace (участник BI)
- Google (участник BI)
- Inscopix (участник BI)
- Австралийский национальный совет по здравоохранению и медицинским исследованиям (участник BI)
- Фонд Brain Canada (участник BI)
- Фонд Лундбека Дании (участник BI). [8]
Реакции
Ученые предложили разные взгляды на план. Нейробиолог Джон Донохью сказал, что проект заполнит пробел в исследованиях нейробиологии между, с одной стороны, измерениями активности на уровне областей мозга с использованием таких методов, как фМРТ , и, с другой стороны, измерениями на уровне отдельных клеток . [3] Психолог Эд Вул выразил обеспокоенность тем, что эта инициатива отвлечет финансирование от исследований отдельных исследователей. [3] Нейробиолог Дональд Штайн выразил обеспокоенность тем, что было бы ошибкой начинать с траты денег на технологические методы, не зная точно, что будет измеряться. [4] Физик Майкл Роукс утверждал, что методы в нанотехнологии становятся достаточно зрелыми, чтобы найти время для карты активности мозга. [4] Нейробиолог Родольфо Ллинас заявил на первой встрече Рокфеллеров: «То, что здесь произошло, великолепно, никогда прежде в нейробиологии я не видел такого единства в такой великолепной цели». [24]
Проекты сталкиваются с серьезными логистическими проблемами. Нейробиологи подсчитали, что проект будет генерировать 300 эксабайт данных каждый год, что представляет собой серьезный технический барьер. [25] Большинство доступных мониторов активности мозга с высоким разрешением имеют ограниченное применение, так как их необходимо имплантировать хирургическим путем, вскрывая череп. [25] Были проведены параллели с прошлыми крупномасштабными исследованиями под руководством правительства, включая карту генома человека, путешествие на Луну и разработку атомной бомбы . [2]
Смотрите также
- Атлас мозга Аллена
- Проект Blue Brain
- BrainMaps
- Фонд картирования мозга
- Мозг / РАЗУМЫ
- Китайский мозговой проект
- Десятилетие мозга
- Десятилетие разума
- Всемирный саммит G20 по картированию мозга и терапевтическим научным исследованиям
- Проект Human Connectome
- Список животных по количеству нейронов
- Список баз данных неврологии
- Организация по картированию мозга человека
- Схема картирования мозга
- Очертание человеческого мозга
- Общество картирования мозга и терапии
- Спинакер
Рекомендации
- ^ a b c d Alivisatos, А. Пол; Чун, Миён; Церковь, Джордж М .; Гринспен, Ральф Дж .; Roukes, Майкл Л .; Юсте, Рафаэль (июнь 2012 г.). «Проект карты активности мозга и проблема функциональной коннектомики» . Нейрон . 74 (6): 970–974. DOI : 10.1016 / j.neuron.2012.06.006 . PMC 3597383 . PMID 22726828 .
- ^ а б в Марков, Джон (18 февраля 2013 г.). «Обама стремится активизировать изучение человеческого мозга» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 февраля 2013 года .
- ^ а б в г Шалавиц, Майя (19 февраля 2013 г.). «Карта мозга: президент Обама предлагает первое подробное руководство по функциям человеческого мозга» . Время . Проверено 19 февраля 2013 года .
- ^ а б в г д е Марков, Джон; Горман, Джеймс (2 апреля 2013 г.). «Обама представит инициативу по составлению карты человеческого мозга» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 2 апреля 2013 года .
- ^ а б в Фокс, Мэгги (2 апреля 2013 г.). «Белый дом представляет проект по картированию мозга» . NBC News . Архивировано из оригинала на 4 августа 2020 года . Проверено 2 апреля 2013 года .
- ^ а б в «Информационный бюллетень: Инициатива BRAIN» . Офис пресс-секретаря Белого дома. 2 апреля 2013 . Проверено 2 апреля 2013 года .
- ^ «Инициатива Белого дома в области неврологии» . Управление научно-технической политики . Проверено 7 мая 2015 года - из Национального архива .
- ^ а б «Участники» . Инициатива BRAIN .
- ^ «План NIH для исследований в области неврологии» . nih.gov . Национальные институты здоровья . Дата обращения 7 мая 2015 .
- ^ «Отчет NSF о великих проблемах разума и мозга» . Публикация NSF . NSF . Дата обращения 9 мая 2015 .
- ^ «Семинар по большим вызовам в неврологии» . Институт медицины . Национальные академии наук. Архивировано из оригинального 21 февраля 2011 года . Дата обращения 9 мая 2015 .
- ^ Джонсон, Кэролайн (5 апреля 2013 г.). «Местные ученые в команде мечты о картировании мозга размышляют о проблемах и возможностях» . Бостон Глоуб . Проверено 11 апреля 2013 года .
- ^ Олдс, Джеймс Л. (апрель – июнь 2011 г.). «За Международное десятилетие разума» . Малазийский журнал медицинских исследований . 18 (2): 1-2. PMC 3216206 . PMID 22135580 .
- ^ «NSF выбирает Джеймса Олдса главой Управления биологических наук» . NSF.gov . NSF . Дата обращения 9 мая 2015 .
- ^ «Бионическая рука Пентагона» . CBS News . Дата обращения 9 мая 2015 .
- ^ «Сотрудники ОСТП Белого дома» . Управление научно-технической политики . Проверено 9 мая 2015 года - из Национального архива .
- ^ "Конференция BRAIN Grand Challenges" . IEEE EMBS . IEEE. Архивировано из оригинала на 2015-12-03 . Дата обращения 9 мая 2015 .
- ^ По недавним оценкам, человеческий мозг в среднем составляет 86 миллиардов нейронов. Источник: Сколько нейронов составляет человеческий мозг? На миллиарды меньше, чем мы думали . Примечания и теории. Хранитель . 28 февраля 2012 г.
- ^ Кординг, Конрад (декабрь 2011 г.). «Тостеров и молекулярных тикерных лент» . PLOS вычислительная биология . 7 (12): e1002291. DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1002291 . PMC 3248391 . PMID 22219716 .
- ^ Замфт, Брэдли Майкл; Marblestone, Adam H .; Кординг, Конрад ; Шмидт, Даниэль; Мартин-Аларкон, Даниэль; Тё, Кейт; Бойден, Эдвард С .; Церковь, Джордж (август 2012 г.). «Измерение ландшафтов верности катион-зависимой ДНК-полимеразы с помощью глубокого секвенирования» . PLOS ONE . 7 (8): e43876. DOI : 10.1371 / journal.pone.0043876 . PMC 3425509 . PMID 22928047 .
- ^ Задор, Энтони М .; Дубнау, Джошуа; Oyibo, Hassana K .; Чжань, Хуэйцин; Цао, банда; Пейкон, Ян Д. (2012). «Секвенирование Коннектома» . PLOS Биология . 10 (10): e1001411. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1001411 . PMC 3479097 . PMID 23109909 .
- ^ «NIH придерживается смелого 12-летнего научного видения инициативы BRAIN» . Национальные институты здоровья (NIH) . 16 июля 2015 г.
- ^ «Консультативный комитет директора» (PDF) . Рабочая группа по исследованию мозга через продвижение инновационных нейротехнологий (BRAIN) . Национальные институты здоровья. Архивировано из оригинального (PDF) 24 апреля 2013 года . Проверено 14 апреля 2013 года .
- ^ Вадман, сен. 20, Мередит; 2016; Вечер, 4:15 (20.09.2016). «Большие мечты рождаются для больших проектов в области науки о мозге» . Наука | AAAS . Проверено 22 мая 2019 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
- ^ а б Марков, Джон (26 февраля 2013 г.). «Подключение нейронных точек» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 27 февраля 2013 года .
дальнейшее чтение
- DOI : 10.1038 / s41592-018-0210-0 «Влияние НИЗ МОЗГА Initiitve» Природа методы редакторской, ноябрь 2018.
Внешние ссылки
- Официальный веб-сайт