Kandungan
- Apakah Pemetaan Otak?
- Pembiayaan Penyelidikan Menyokong Inisiatif BRAIN
- Matlamat Utama Projek BRAIN
- Kebaikan dan Keburukan Projek Pemetaan Otak
Apakah Pemetaan Otak?
Berhenti sebentar untuk mempertimbangkan otak. Ia mungkin mengandungi 100 bilion sel. Setiap sel, yang disebut neuron, dapat menyambung ke puluhan ribu sel otak yang lain.
Rangkaian ini menyokong fungsi yang tidak dapat dipisahkan dalam kehidupan kita. Tanpa otak yang berfungsi minimum, kebanyakan akan setuju, tidak ada kehidupan yang bermakna. Sains telah berusaha menerangkan organ tubuh kita yang paling penting ini.
Sejarah Pemetaan Otak
Memahami otak bukan sebagai organ tunggal dan seragam, tetapi sebagai otak yang terdiri daripada kawasan diskrit adalah konsep yang telah wujud selama lebih dari 100 tahun. Pada tahun 1909, Korbinian Brodmann menulis sebuah makalah yang menggambarkan peta korteks serebrum, membahagi permukaan otak menjadi 43 kawasan. Dia memisahkan kawasan-kawasan ini berdasarkan spesimen tisu otak yang dipotong tipis yang menunjukkan corak pewarnaan badan sel yang berbeza. Seni bina sel dapat digunakan untuk membagi otak menjadi daerah yang berbeda.
Percubaan Brodmann sangat berpengaruh. Mengaitkan struktur anatomi dengan fungsi otak adalah unik. Ini memungkinkan kerangka kerja dikembangkan yang berusaha menghubungkan kerosakan pada struktur tertentu dengan kehilangan fungsi yang konsisten. Peta awalnya masih membantu ahli sains saraf untuk melokalisasikan penemuan ke pencitraan otak, seperti yang mungkin diperoleh dalam keadaan stroke, kecederaan traumatik, atau tumor.
Pemetaan Otak Hari Ini
Sama seperti peta lain yang dapat diperbaiki dari masa ke masa, kerja selanjutnya telah memperluas pemahaman kita mengenai organisasi topografi tisu otak. Projek Peta Aktiviti Otak dibuat untuk mempromosikan kemajuan tersebut. Projek ini diperjuangkan pada persidangan yang dianjurkan oleh Miyoung Chun dari The Kavli Foundation di London pada bulan September 2011.
Para saintis terus memajukan pemahaman struktur otak.
Pada tahun 2016, otak dibahagikan lagi kepada 180 bungkusan berasingan yang menunjukkan perbezaan yang jelas dalam struktur, fungsi, dan hubungan-97 termasuk kawasan yang dijelaskan untuk pertama kalinya.
Peta baru ini dibina dengan menggunakan teknik pengimejan resonans magnetik (MRI), termasuk MRI fungsional (fMRI), yang mengukur aliran darah sebagai tindak balas terhadap tugas mental yang berbeza (sangat spesifik).
Pemetaan jenis ini melibatkan pergerakan perlahan ke permukaan otak sehingga perubahan ketara dicatat dalam dua atau lebih sifat bebas, membantu menggambarkan garis batas di peta. Walaupun bilangan kawasan mungkin konsisten, ukurannya berbeza dari satu individu ke individu yang lain. Perbezaan ini penting untuk membezakan kemampuan kognitif dan kreatif serta potensi risiko penyakit berkaitan otak seperti Alzheimer, Parkinson, dan juga kemurungan.
Membahagi otak menjadi kepingan yang lebih kecil dapat membantu ahli sains saraf untuk menghargai bagaimana ia berfungsi secara keseluruhan. Walau bagaimanapun, pengukuran tunggal mungkin terbukti tidak lengkap, memberikan pandangan yang menyesatkan otak dan fungsinya.
Pemetaan juga menjelaskan sedikit mengenai biokimia yang menjadi asas. Mungkin juga gagal menjelaskan peranan kumpulan kecil, atau neuron tunggal yang penting. Seiring kemajuan teknologi, usaha pemetaan berulang mungkin diperlukan.
Di luar perbezaan struktur yang jelas pada tahap sel, mungkin untuk mengatur tisu otak berdasarkan aktiviti dan hubungannya. Dengan sokongan politik dan ekonomi, projek ini dilipat menjadi BRAIN Initiative yang lebih luas.
Pembiayaan Penyelidikan Menyokong Inisiatif BRAIN
Untuk mengatasi kerumitan otak memerlukan tingkat kerjasama yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam komuniti saintifik, kesediaan untuk bekerjasama merentasi jurang geopolitik, dan penyatuan sumber daya dalam perkongsian awam-swasta global.
Mula-mula digelar sebagai Brain Activity Map, Brain Research melalui Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Inisiatif dilancarkan oleh Presiden Barack Obama di Amerika Syarikat pada 2 April 2013.
Inisiatif BRAIN bercita-cita untuk memetakan fungsi ratusan ribu neuron secara serentak, kerana ia berfungsi pada kecepatan pemikiran yang cepat.
Sebelum mengkaji aspirasi projek ini, penting untuk menyedari bahawa orang Amerika tidak bersendirian dalam usaha ini.
Sebenarnya, projek BRAIN bergabung dengan inisiatif lain di seluruh dunia yang merupakan sebahagian daripada dorongan global untuk lebih memahami cara kerja otak secara lebih mendalam. Pada 19 September 2016, Inisiatif Otak Antarabangsa dilancarkan pada pertemuan yang mengiringi Majlis Umum PBB. Yayasan Tidur Nasional dan Institut Kesihatan Nasional (NIH) di A.S. telah memberikan sumber untuk mengembangkan dan menyokong projek tersebut.
Di luar pengembangan rancangan terperinci untuk memandu penyelidikan ilmiah yang diperlukan - termasuk jadual waktu, tonggak sejarah, dan anggaran kos - sokongan kewangan harus diperoleh dan dikekalkan. Projek Pemetaan Otak, dan Inisiatif BRAIN yang lebih luas, pada awalnya dibiayai dengan lebih dari $ 100 juta dan ia dijangka menelan belanja berbilion dolar selama lebih dari satu dekad.
Di luar wang penyelidikan awam, usaha swasta dalam pemetaan otak yang dinamik termasuk:
- Allen Institute for Brain Science di Seattle (membelanjakan $ 60 juta setiap tahun selama 4 tahun)
- Institut Perubatan Howard Hughes di Virginia (membelanjakan sekurang-kurangnya $ 30 juta setiap tahun)
- Yayasan Kavli di Oxnard, California (membelanjakan $ 4 juta setiap tahun selama sepuluh tahun)
- Institut Pengajian Biologi Salk di San Diego (melakukan usaha $ 28 juta)
Inisiatif penyelidikan awam-swasta yang kolaboratif akhirnya mempunyai tujuan untuk menyokong pengembangan teknologi inovatif yang dapat mewujudkan pemahaman dinamik mengenai fungsi otak.
Matlamat Utama Projek BRAIN
Misi BRAIN Initiative yang lebih luas adalah "untuk memperdalam pemahaman tentang cara kerja batin manusia dan meningkatkan bagaimana kita merawat, mencegah, dan menyembuhkan gangguan otak." Untuk mencapai ini, teknologi baru mesti dikembangkan untuk meneroka bagaimana sel dan litar otak berinteraksi, yang akhirnya memperlihatkan hubungan kompleks antara fungsi otak dan tingkah laku.
Terdapat beberapa tujuan utama projek ini, dan terdapat banyak cara yang dapat dicapai dalam dekad yang akan datang.
- Memajukan neuroteknologi: Sokongan kewangan untuk penyelidikan yang menjanjikan akan membawa kepada perkembangan teknologi yang pesat yang tidak hanya membantu kita memahami asas otak, tetapi juga bagaimana mendiagnosis dan merawat gangguan yang mempengaruhinya. Inovasi, penemuan saintifik, dan kemajuan peranti memerlukan pasukan jurutera dan saintis saraf pelbagai disiplin.
- Memudahkan pengimejan dinamik: Jika pencitraan otak semasa seperti mencari tumpukan gambar, teknologi yang lebih baru akan menghasilkan gambar yang dinamis, seperti menonton fungsi otak dalam waktu nyata. Teknologi pengimejan mesti maju untuk memvisualisasikan fungsi-fungsi ini pada resolusi yang lebih tinggi pada skala ruang dan waktu yang berbeza.
- Terokai fungsi otak: Otak bukan organ statik; ia secara aktif merekod, memproses, menyimpan, mengambil, dan menggunakan sejumlah besar maklumat hampir seketika. Untuk memahami keupayaan ini, otak mesti diselidiki dalam masa nyata dengan pelbagai kaedah berpotensi, yang kebanyakannya tidak ada pada masa ini.
- Hubungkan tingkah laku dengan fungsi: Manifestasi luaran fungsi otak diperhatikan sebagai tingkah laku. Apa yang lebih rumit adalah pelbagai cara seseorang dapat diperhatikan untuk berkelakuan. Dengan penggunaan model komputasi canggih, mungkin membongkar corak ini dan model perintis untuk meningkatkan tingkah laku yang diinginkan.
- Tingkatkan aplikasi pengguna: Alat perubatan yang berinteraksi dengan tisu otak boleh mempengaruhi kehidupan masa depan kita, dan peraturan mesti meningkatkan kesihatan dan kesejahteraan pengguna. Membawa teknologi ini kepada pengguna dengan memperhatikan keselamatan dan keberkesanannya adalah kunci seiring kemajuan ini.
Kebaikan dan Keburukan Projek Pemetaan Otak
Nampaknya ada peluang yang tidak terbatas dan potensi yang tidak terbatas dalam bidang ilmu saraf. Ketika kita memajukan pengetahuan tentang otak, kita memperoleh pemahaman yang mendalam tentang apa artinya menjadi manusia. Walau bagaimanapun, Projek Pemetaan Otak mungkin mempunyai beberapa kelemahan yang berpotensi.
- Saliran wang: Projek besar seperti ini dapat menyedot sokongan kewangan dan perhatian dari sebab-sebab lain yang wajar. Pembiayaan ini dapat dipotong secara tiba-tiba oleh agensi kerajaan atau bukan keuntungan.
- Keutamaan penyelidikan yang berbeza: Tidak semua saintis mempunyai fokus yang sama. Apabila mereka terpaksa mendapatkan sokongan kewangan, ini mungkin menyebabkan mereka tidak lagi kuat. Pertimbangan etika juga dapat membatasi kerjasama, kerana tidak semua saintis akan berpartisipasi dalam penyelidikan primata, misalnya.
- Konflik dan kurang konsensus: Dalam mencari kebenaran ilmiah, jalan ke depan tidak selalu jelas. Keperibadian yang kuat digabungkan dengan perbezaan pendapat boleh menyebabkan hipotesis bertentangan dan keutamaan penyelidikan. Kurangnya permuafakatan di kalangan para pakar boleh menimbulkan perselisihan.
- Mengabaikan sumbangan dari negara-negara kecil: Walaupun negara-negara industri dapat menyumbang $ 300 juta dalam dana penyelidikan, negara-negara berkembang mungkin tidak dapat mempertaruhkan tuntutan dalam proyek tersebut. Ini mungkin diimbangi dengan menyumbang pesakit, organisma model, dan teknologi yang berpatutan-tetapi hanya jika ada tempat duduk yang ditawarkan di meja.
- Sains asas berbanding teknologi gunaan: Sebilangan pengetahuan saintifik hanya diperoleh dengan tujuan mulia untuk memajukan pengetahuan. Insentif kewangan, dan kemampuan untuk mencipta teknologi terapan yang dapat menguntungkan, dapat menjadi fokus usaha.
- Mengintegrasikan sumber yang ada: Projek ini dibina berdasarkan kerja sebelumnya, dan harus mencari jalan untuk mengintegrasikan Projek Human Connectome AS (berfokus pada pemetaan hubungan struktur dan fungsional otak), Projek Otak Manusia Kesatuan Eropah (memfokuskan pada sains asas bagaimana otak berfungsi) ), dan program CBRAIN Kanada (memfokuskan diri pada penciptaan teknologi yang dapat diterapkan pada perubatan), antara usaha sebelumnya.
Nasib baik, ada banyak janji dan alasan harapan kerana projek ini berterusan. Pemetaan otak akhirnya akan menyatukan pelbagai ukuran, termasuk:
- Ketebalan kortikal
- Fungsi otak
- Kesalinghubungan antara wilayah
- Organisasi sel topografi
- Tahap myelin (penebat lemak yang mempercepat isyarat saraf)
Menyatukan usaha penyelidikan, memungkinkan pasukan untuk berkolaborasi dan bertukar maklumat, untuk mencapai tujuan tertentu di bawah panji Proyek Pemetaan Otak akan memungkinkan kemajuan besar dalam ilmu saraf.
Satu Perkataan Dari Sangat Baik
Projek Pemetaan Otak mewakili komitmen luar biasa untuk membiayai kemajuan dalam pemahaman kita tentang hubungan antara struktur dan fungsi di dalam otak. Mikroskop yang kuat, sumber superkomputer, dan alat pemetaan otak universal akan membolehkan para saintis mempercepat penemuan. Kemajuan ini mungkin terbukti memungkinkan peningkatan kesihatan otak bagi seluruh umat manusia, tetapi hanya jika dana dan kerjasama dipertahankan.