Понимание того, как работает мозг, возможно, является одной из величайших научных задач нашего времени.
– Аливисатос и др. [1]
Инициатива Белого дома BRAIN ( Исследование мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий ) — это совместная государственно-частная исследовательская инициатива, объявленная администрацией Обамы 2 апреля 2013 года, с целью поддержки разработки и применения инновационных технологий, которые могут создать динамичную понимание работы мозга . [2] [3] [4] [5] [6]
Это мероприятие представляет собой грандиозную задачу , направленную на революцию в нашем понимании человеческого мозга, и было разработано Управлением по научно-технической политике Белого дома (OSTP) в рамках более широкой нейробиологической инициативы Белого дома. [7] Вдохновленный проектом «Геном человека» , BRAIN стремится помочь исследователям раскрыть тайны заболеваний головного мозга , таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона , депрессия и черепно-мозговая травма (ЧМТ).
В число участников BRAIN и филиалов проекта входят DARPA и IARPA , а также многочисленные частные компании, университеты и другие организации в США, Австралии, Канаде и Дании. [8]
Инициатива BRAIN отражает ряд влияний, возникших более десяти лет назад. Некоторые из них включают в себя: встречи по планированию в Национальных институтах здравоохранения , которые привели к разработке Плана нейробиологических исследований НИЗ; [9] семинары Национального научного фонда (NSF) по познанию , нейробиологии и конвергентной науке , включая доклад 2006 года «Великие проблемы разума и мозга»; [10] отчеты Национального исследовательского совета и Форума Медицинского института по неврологии и расстройствам нервной системы, в том числе «От молекул к разуму: вызовы 21 века», отчет семинара по глобальным проблемам от 25 июня 2008 г. в области неврологии; [11] лет исследований и отчетов ученых и профессиональных обществ; и интерес Конгресса.
Одним из важных мероприятий был проект «Карта мозговой активности» . В сентябре 2011 года молекулярный биолог Миён Чун из Фонда Кавли организовал конференцию в Лондоне, на которой ученые впервые выдвинули идею такого проекта. [4] [12] На последующих встречах ученые из правительственных лабораторий США, в том числе члены Управления научно-технической политики , а также из Медицинского института Говарда Хьюза и Института исследований мозга Аллена , а также представители Google , Microsoft , и Qualcomm обсудили возможности будущего проекта под руководством правительства. [2]
Другие влияния включали междисциплинарный проект «Десятилетие разума», возглавляемый Джеймсом Л. Олдсом, который в настоящее время является помощником директора по биологическим наукам в NSF, [13] [14] и проект «Революционное протезирование» в DARPA , возглавляемый доктором Джеффри Линга и показан в программе «60 минут» в апреле 2009 года .
Разработкой плана инициативы BRAIN в Администрации президента (EOP) руководил OSTP, и в нее входили следующие сотрудники EOP: Филип Рубин , в то время главный помощник директора по науке и руководитель Инициативы по нейробиологии Белого дома; Томас Калил , заместитель директора по технологиям и инновациям; Кристин Доргело , тогдашний помощник директора по грандиозным задачам, а затем руководитель аппарата OSTP; и Карлос Пенья, помощник директора по новейшим технологиям и в настоящее время директор отдела устройств для неврологической и физической медицины в Управлении оценки устройств Центра устройств и радиологического здоровья (CDRH) Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). ). [16] [17]
2 апреля 2013 года на мероприятии в Белом доме президент Барак Обама объявил об инициативе BRAIN, в которой предложенные первоначальные расходы на 2014 финансовый год составят примерно 110 миллионов долларов от Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA), Национальных институтов здравоохранения (NIH). ) и Национальный научный фонд (NSF). [4] [5] [6] Президент также поручил Президентской комиссии по изучению биоэтических проблем изучить этические, правовые и социальные последствия, возникшие в результате этой инициативы и нейробиологии в целом. Дополнительные обязательства также взяли на себя Институт исследований мозга Аллена , Медицинский институт Говарда Хьюза и Фонд Кавли . НИЗ также объявил о создании рабочей группы Консультативного комитета при директоре во главе с нейробиологами Корнелией Баргманн и Уильямом Ньюсомом при участии ex officio DARPA и NSF, чтобы помочь определить роль НИЗ в инициативе BRAIN. NSF планировал получить рекомендации от консультативных комитетов своего директората, от Национального научного совета , а также от серии встреч, объединяющих ученых в области нейробиологии и смежных областей. [4] [5] [6]
В новостях говорилось, что исследование позволит составить карту динамики активности нейронов у мышей и других животных [3] и, в конечном итоге, десятков миллиардов нейронов в человеческом мозге. [18]
В научном комментарии 2012 года, излагающем экспериментальные планы более ограниченного проекта, Аливисатос и др. обрисовали множество 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 могут быть проведены на рыбках данио , мышах и этрусской землеройке , а в конечном итоге исследования будут проводиться на приматах и людях. Они предложили разработать наночастицы , которые можно было бы использовать в качестве датчиков напряжения , которые будут обнаруживать отдельные потенциалы действия , а также нанозонды , которые могли бы служить электрофизиологическими многоэлектродными массивами . В частности, они призвали к использованию беспроводных, неинвазивных методов обнаружения активности нейронов, либо использующих микроэлектронную очень крупномасштабную интеграцию , либо основанных на синтетической биологии , а не на микроэлектронике. В одном из таких предложенных методов ДНК , полученная ферментативным путем, будет служить «ленточной записью» активности нейронов, [1] [19] на основе ошибок, вызванных ионами кальция при кодировании ДНК-полимеразой . [20] Данные будут анализироваться и моделироваться с помощью крупномасштабных вычислений . [1] Связанный метод предложил использовать высокопроизводительное секвенирование ДНК для быстрого картирования нейронных связей. [21]
График, предложенный Рабочей группой в 2014 году: [22]
Консультативный комитет: [23]
По состоянию на декабрь 2018 года на сайте BRAIN Initiative перечислены следующие участники и филиалы:
Ученые высказали разные точки зрения на этот план. Нейробиолог Джон Донохью заявил, что проект заполнит пробел в нейробиологических исследованиях между, с одной стороны, измерениями активности на уровне областей мозга с помощью таких методов, как фМРТ , и, с другой стороны, измерениями на уровне отдельных клеток . [3] Психолог Эд Вул, однако, выразил обеспокоенность тем, что эта инициатива отвлечет финансирование от исследований отдельных исследователей. [3] Нейробиолог Дональд Стейн выразил обеспокоенность тем, что было бы ошибкой начинать тратить деньги на технологические методы, не зная точно, что именно будет измеряться. [4] Вместо этого физик Майкл Рукс утверждал, что методы в нанотехнологиях становятся достаточно зрелыми, чтобы настало время для составления карты активности мозга. [4] Нейробиолог Родольфо Ллинас заявил на первой встрече Рокфеллера: «То, что здесь произошло, великолепно, никогда раньше в нейробиологии я не видел такого большого единства в такой славной цели». [24]
Проекты сталкиваются с серьезными логистическими проблемами. Нейробиологи подсчитали, что проект будет генерировать 300 экзабайт данных каждый год, что представляет собой серьезный технический барьер. [25] Большинство доступных мониторов активности мозга с высоким разрешением имеют ограниченное применение, поскольку их необходимо вживлять инвазивно хирургическим путем путем вскрытия черепа. [25] Были проведены параллели с прошлыми крупномасштабными исследовательскими усилиями правительства, включая составление карты человеческого генома , путешествие на Луну и разработку атомной бомбы . [2]