Инициатива BRAIN - BRAIN Initiative

Для другого проекта в Европе см. Проект человеческого мозга.
Понимание того, как работает мозг, - возможно, одна из величайших научных задач нашего времени.

–Аливисатос и другие.[1]

В белый дом Инициатива BRAIN (Исследование мозга через продвижение инновационных нейротехнологий), это совместная государственно-частная исследовательская инициатива, объявленная Администрация Обамы 2 апреля 2013 года, с целью поддержки разработки и применения инновационных технологий, которые могут создать динамическое понимание мозг функция.[2][3][4][5][6]

Эта деятельность является Грандиозный вызов был направлен на революцию в нашем понимании человеческого мозга и был разработан Белым домом Управление научно-технической политики (OSTP) как часть более широкого Инициатива Белого дома в области неврологии.[7] Вдохновленный Проект "Геном человека", BRAIN стремится помочь исследователям раскрыть тайны расстройства мозга, Такие как Болезнь Альцгеймера и Болезнь Паркинсона болезни, депрессия, и травматическое повреждение мозга (TBI).

Среди участников BRAIN и аффилированных лиц проекта: DARPA и IARPA а также многочисленные частные компании, университеты и другие организации в США, Австралии, Канаде и Дании.[8]

Фон

Инициатива BRAIN отражает ряд влияний, возникших более десяти лет назад. Некоторые из них включают: встречи по планированию в Национальные институты здоровья это привело к разработке проекта NIH для нейробиологических исследований;[9] мастерские на Национальный фонд науки (NSF) на познание, нейробиология, и конвергентная наука, включая отчет 2006 г. «Грандиозные вызовы разума и мозга»;[10] отчеты из Национальный исследовательский совет и Институт медицины Форум по неврологии и расстройствам нервной системы, в том числе «От молекул к разуму: вызовы 21 века», отчет о семинаре 25 июня 2008 г. по грандиозным вызовам в неврологии;[11] годы исследований и отчеты ученых и профессиональных обществ; и интерес Конгресса.

Одним из важных направлений деятельности было Проект карты активности мозга. В сентябре 2011 года молекулярный биолог Миюнг Чун из Фонд Кавли организовал конференцию в Лондоне, на которой ученые впервые выдвинули идею такого проекта.[4][12] На последующих встречах ученые из лабораторий правительства США, в том числе члены Управление научно-технической политики, и из Медицинский институт Говарда Хьюза и Институт изучения мозга Аллена вместе с представителями Google, Microsoft, и Qualcomm, обсудили возможности будущего государственного проекта.[2]

Среди других факторов, оказавших влияние, - междисциплинарный проект «Десятилетие разума» под руководством Джеймса Л. Олдса, который в настоящее время является заместителем директора по биологическим наукам в NSF,[13][14] и проект «Революционное протезирование» на DARPA во главе с доктором Джеффри Линг и показано на 60 минут в апреле 2009 г.[15]

Разработка плана инициативы BRAIN в рамках Аппарат Президента (EOP) возглавляла OSTP и включала следующий персонал EOP: Филип Рубин, затем главный помощник директора по науке и руководитель инициативы по неврологии Белого дома; Томас Калил, Заместитель директора по технологиям и инновациям; Кристин Доржело, затем помощник директора по грандиозным вызовам, а затем руководитель аппарата OSTP; и Карлос Пенья, помощник директора по новым технологиям, а в настоящее время - директор отдела неврологических и физических медицинских устройств в Управлении оценки устройств Центра устройств и радиологического здоровья (CDRH) в США. Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA).[16][17]

Объявление

Национальные институты здравоохранения США Директор Др. Фрэнсис Коллинз и президент Барак Обама объявляя об инициативе BRAIN

2 апреля 2013 г. на мероприятии в Белом доме президент Барак Обама объявили об инициативе BRAIN с предложенными первоначальными расходами на 2014 финансовый год в размере примерно 110 миллионов долларов США. Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), Национальные институты здоровья (NIH) и Национальный фонд науки (NSF).[4][5][6] Президент также руководил Президентская комиссия по изучению биоэтических вопросов изучить этические, правовые и социальные последствия, поднятые инициативой и нейробиологией в целом. Дополнительные обязательства были также приняты Институт изучения мозга Аллена, то Медицинский институт Говарда Хьюза, и Фонд Кавли. NIH также объявил о создании рабочей группы Консультативного комитета при директоре во главе с нейробиологами. Корнелия Баргманн и Уильям Ньюсом и с ex officio участие DARPA и NSF, чтобы помочь сформировать роль NIH в Инициативе BRAIN. NSF планировал получить рекомендации от консультативных комитетов своей дирекции, от Национальный научный совет, а также из серии встреч с участием ученых в области нейробиологии и смежных областях.[4][5][6]

Экспериментальные подходы

Дальнейшая информация: Картирование мозга, Нейроинформатика, и Нанобиотехнологии

В новостях говорится, что исследование позволит отобразить динамику активности нейронов в мыши и другие животные[3] и, в конечном итоге, десятки миллиардов нейронов человеческого мозга.[18]

В научном комментарии 2012 г., в котором излагаются экспериментальные планы для более ограниченного проекта, Alivisatos и другие. описали ряд конкретных экспериментальных методов, которые можно использовать для достижения того, что они назвали "функциональным коннектом », а также новые технологии, которые необходимо будет разработать в ходе реализации проекта.[1] Они указали, что первоначальные исследования могут быть проведены в Caenorhabditis elegans, с последующим Дрозофила из-за их сравнительно простых нейронных цепей. Среднесрочные исследования можно провести в данио, мышей, а Этрусская землеройка, исследования в конечном итоге должны быть выполнены в приматы и люди. Они предложили разработку наночастицы что можно было бы использовать как Напряжение датчики что обнаружит индивидуальный потенциалы действия, а также нанозонды это может служить электрофизиологический многоэлектродные решетки. В частности, они призвали к использованию беспроводных, неинвазивных методов обнаружения нейронной активности, либо с использованием микроэлектроника очень крупномасштабная интеграция, или на основе синтетическая биология а не микроэлектроника. В одном из таких предложенных способов ферментативно продуцируемые ДНК будет служить «тикерной записью» нейронной активности,[1][19] на основе кальций ионные ошибки в кодировании ДНК-полимераза.[20] Данные будут проанализированы и смоделированы в крупном масштабе. вычисление.[1] Связанный метод предлагал использование высокопроизводительных Секвенирование ДНК для быстрого отображения нейронной связи.[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 года 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 B.I.)
  • Фонд Саймонса (член Альянса)
  • Национальная фотонная инициатива (участник B.I.)
  • Институт исследований мозга Аллена (член Альянса)
  • Медицинский институт Джанелии / Говарда Хьюза (филиал Альянса)
  • Сеть архитекторов нейротехнологий (участник B.I.)
  • Pacific Northwest Neuroscience Neighborhood (участник B.I.)
  • Система Калифорнийского университета Cal-BRAIN (участник B.I.)
  • Институт мозга Университета Питтсбурга (участник бакалавриата)
  • Blackrock Microsystems (участник B.I.)
  • GlaxoSmithKline (участник B.I.)
  • Фонд исследований мозга и поведения (участник B.I.)
  • Центр системной нейробиологии Бостонского университета (участник B.I.)
  • General Electric (участник B.I.)
  • Boston Scientific (участник B.I.)
  • BrainHub Университета Карнеги-Меллона (участник B.I.)
  • NeuroNexus (участник B.I.)
  • Medtronic (участник B.I.)
  • Фонд педиатрического мозга (участник B.I.)
  • Системная неврология Техасского университета (участник B.I.)
  • Центр инноваций в науке о мозге Университета Аризоны (участник B.I.)
  • Институт биологических исследований Солка (участник B.I.)
  • Second Sight (B.I. участник)
  • Фонд Кавли (Член Альянса)
  • Ворота неврологии Университета Юты (участник B.I.)
  • Blackrock Microsystems (участник B.I.)
  • Ripple (участник B.I.)
  • Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора (участник B.I.)
  • NeuroPace (участник B.I.)
  • Google (участник B.I.)
  • Inscopix (участник B.I.)
  • Австралийский национальный совет здравоохранения и медицинских исследований (участник B.I.)
  • Фонд Brain Canada (участник B.I.)
  • Фонд Лундбека Дании (участник B.I.).[8]

Реакции

Ученые предложили разные взгляды на план. Нейробиолог Джон Донохью сказал, что проект восполнит пробел в нейробиология исследование между, с одной стороны, измерениями активности на уровне областей мозга с использованием таких методов, как фМРТ, а с другой стороны, измерения на уровне одиночные клетки.[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 того, чтобы тратить деньги на технологические методы, не зная точно, что будет измеряться.[4] Физик Майкл Роукс вместо этого утверждал, что методы в нанотехнологии становятся достаточно зрелыми, чтобы найти время для карты активности мозга.[4] Нейробиолог Родольфо Ллинас заявил на первой встрече Рокфеллера: «То, что здесь произошло, великолепно, никогда прежде в нейробиологии я не видел столько единства в такой славной цели».[24]

Перед проектами стоят большие логистические проблемы. Нейробиологи подсчитали, что проект принесет 300 эксабайты данных каждый год, что представляет собой серьезный технический барьер.[25] Большинство доступных мониторов активности мозга с высоким разрешением имеют ограниченное применение, поскольку их необходимо имплантировать хирургическим путем, вскрывая череп.[25] Были проведены параллели с прошлыми крупномасштабными исследованиями, проводившимися под руководством правительства, включая карту генома человека, путешествие на Луну и разработка атомной бомбы.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Аливисатос, 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. Дои:10.1016 / j.neuron.2012.06.006. ЧВК  3597383. PMID  22726828.
  2. ^ а б c Марков, Джон (18 февраля 2013 г.). «Обама стремится ускорить изучение человеческого мозга». Нью-Йорк Таймс. Получено 18 февраля, 2013.
  3. ^ а б c d Шалавиц, Майя (19 февраля 2013 г.). «Карта мозга: президент Обама предлагает первое подробное руководство по функциям человеческого мозга». Время. Получено 19 февраля, 2013.
  4. ^ а б c d е ж Марков, Джон; Горман, Джеймс (2 апреля 2013 г.). «Обама представит инициативу по составлению карты человеческого мозга». Нью-Йорк Таймс. Получено 2 апреля, 2013.
  5. ^ а б c Фокс, Мэгги (2 апреля 2013 г.). «Белый дом представляет проект по картированию мозга». Новости NBC. Получено 2 апреля, 2013.
  6. ^ а б c «Информационный бюллетень: Инициатива BRAIN». Офис пресс-секретаря Белого дома. 2 апреля 2013 г.. Получено 2 апреля, 2013.
  7. ^ "Инициатива Белого дома в области неврологии". whitehouse.gov. Правительство США. Получено 7 мая 2015.
  8. ^ а б «Участники». Инициатива BRAIN.
  9. ^ "План NIH для исследований в области неврологии". nih.gov. Национальные институты здоровья. Получено 7 мая 2015.
  10. ^ «Отчет NSF о великих проблемах разума и мозга». Публикация NSF. NSF. Получено 9 мая 2015.
  11. ^ "Семинар по большим вызовам в неврологии". Институт медицины. Национальные академии наук. Архивировано из оригинал 21 февраля 2011 г.. Получено 9 мая 2015.
  12. ^ Джонсон, Кэролайн (5 апреля 2013 г.). «Местные ученые из команды мечты о картировании мозга размышляют о проблемах и возможностях». Бостон Глобус. Получено 11 апреля, 2013.
  13. ^ Олдс, Джеймс Л. (апрель – июнь 2011 г.). «За Международное десятилетие разума». Малазийский журнал медицинских исследований. 18 (2): 1–2. ЧВК  3216206. PMID  22135580.
  14. ^ "NSF выбирает Джеймса Олдса главой Управления биологических наук". NSF.gov. NSF. Получено 9 мая 2015.
  15. ^ "Бионическая рука Пентагона". cbsnews.com. CBS Новости. Получено 9 мая 2015.
  16. ^ «Сотрудники ОСТП Белого дома». WhiteHouse.gov. Правительство США. Получено 9 мая 2015.
  17. ^ «Конференция BRAIN Grand Challenges». IEEE EMBS. IEEE. Архивировано из оригинал на 2015-12-03. Получено 9 мая 2015.
  18. ^ 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.
  19. ^ Кординг, Конрад (Декабрь 2011 г.). "Тостеров и молекулярных тикерных лент". PLOS вычислительная биология. 7 (12): e1002291. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1002291. ЧВК  3248391. PMID  22219716.
  20. ^ 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. Дои:10.1371 / journal.pone.0043876. ЧВК  3425509. PMID  22928047.
  21. ^ Задор, Энтони М .; Дубнау, Джошуа; Oyibo, Hassana K .; Чжань, Хуэйцин; Цао, банда; Пейкон, Ян Д. (2012). "Секвенирование коннектома". PLoS Биология. 10 (10): e1001411. Дои:10.1371 / journal.pbio.1001411. ЧВК  3479097. PMID  23109909.
  22. ^ «NIH придерживается смелого 12-летнего научного видения инициативы BRAIN». Национальные институты здоровья (NIH). 16 июля 2015 г.
  23. ^ «Консультативный комитет директора» (PDF). Рабочая группа по исследованию мозга с помощью передовых инновационных нейротехнологий (BRAIN). Национальные институты здоровья. Архивировано из оригинал (PDF) 24 апреля 2013 г.. Получено 14 апреля 2013.
  24. ^ Вадман, сен. 20, Мередит; 2016; Вечер, 4:15 (20.09.2016). «Большие мечты рождаются для больших научных проектов о мозге». Наука | AAAS. Получено 2019-05-22.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  25. ^ а б Марков, Джон (26 февраля 2013 г.). «Подключение нейронных точек». Нью-Йорк Таймс. Получено 27 февраля, 2013.

дальнейшее чтение

  • Дои:10.1038 / s41592-018-0210-0 «Влияние инициативы NIH BRAIN Initiitve», Методы природы редакционная статья, ноябрь 2018 г.

внешняя ссылка