Projekt poznania ludzkiego genomu (HGP - en. Human Genome Project) zakończył się w 2001 roku, a jego wyniki zrewolucjonizowały świat nauki. Od tego czasu naukowcy zastanawiali się jak zgłębić pozostałe tajemnice ludzkiego organizmu. Następnym logicznym krokiem wydawało się zbadanie najbardziej skomplikowanego spośród narządów – mózgu. Technologie, które powstaną przy realizacji tego projektu, znajdą zastosowanie w diagnostyce medycznej, a także przy zarządzaniu bazami danych i w symulacjach komputerowych. Lekarze otrzymają nowe narzędzie do walki z chorobami umysłowymi. Porównanie modeli poszczególnych mózgów, pomoże zajrzeć do umysłu osoby zdrowej jak i schizofrenika.

Trzy projekty jeden cel.

Każdy z tych projektów podchodzi do zadania od innej strony. Mapa aktywności mózgu (BAM –en. Brain Activity Map) zbada jak przesyłane są informacje na poziomie pojedynczych neuronów i jak przebiega proces ich synchronizacji. Projekt poznania ludzkiego konektomu (HCP –en. Human ConectomeProject) użyje rezonansu magnetycznego do śledzenia włókien nerwowych, które łączą różne regiony mózgu, tworząc w ten sposób ogólną „mapę drogową”. HBP stara się z kolei stworzyć pełną symulację mózgu za pomocą superkomputera. Projekty te uzupełniają się w działaniu, podobnie jak to miało miejsce w wypadku poznania ludzkiego genomu. Współpraca naukowców i różne metody badawcze pozwolą uzyskać najdokładniejsze informacje.

Narzędzia w fazie testów.

Elektrody obecnie używane do mapowania aktywności mózgu to za mało, aby osiągnąć cel, jaki postawili sobie naukowcy - ich rozdzielczość nie pozwala na rejestrację aktywności pojedynczych neuronów. Badacze z RoukesGroupNanoscale Systems stworzyli specjalne krzemowe nanodruty podłączone do układu elektrod, zdolne do rejestracji aktywności wielu neuronów na raz. Mając zaledwie trzy elektrody, badacze są w stanie zarejestrować aktywność pojedynczego neuronu i umieścić go w modelu 3D.Niestety, metoda ma swoje wady, elektrody nadal muszą być wszczepione pod czaszkę badanego. Inną ciekawą metodę proponują nanotechnolodzy. Specjalnie zaprojektowana „kwantowa kropka” umieszczona w błonie komórkowej neuronu, wyśle impuls światła, jeżeli zmieni się aktywność danej komórki lub grupy komórek. Metoda ta pozwala na obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, jednak jest bardzo inwazyjna. Zapowiada się, że pierwsze etapy mapowania mózgu, będą dla naukowców żmudne, a już na pewno kosztowne.

HCP i BAM napotkają na jeszcze jeden problem. Ilość informacji, jaka będzie generowana podczas pojedynczej sesji rejestracyjnej, będzie liczona w terabajtach. Oznacza to, że potrzebne są nowe techniki statystyki i obróbki danych. Obecnie stosowane techniki obrazowania trzeba będzie zmodyfikować tak, aby były w stanie sprostać dużym ilościom informacji. Naukowcy muszą się uporać z jeszcze jednym faktem – każdy mózg jest inny. Porównanie aktywności dwóch różnych układów nerwowych będzie bardzo trudne, ale przyniesie wymierne efekty, będzie można wyodrębnić rejony mózgu odpowiedzialne za konkretne funkcje, np.: rozpoznawanie twarzy.

Wirtualny mózg.

Obydwa te projekty zgromadzą informacje, które wykorzysta inny projekt –HBP, którego celem jest stworzenie pełnego, wirtualnego modelu mózgu. Projekt jeszcze oficjalnie nie wystartował, jednakże naukowcy mogą już się pochwalić pewnymi osiągnięciami. Opracowali algorytm przewidujący strukturę sieci neuronalnej i za jego pomocą stworzyli mapę połączeń, identyczną jak u badanego pacjenta. Badacze zdołali także skonstruować i uruchomić obwody zbudowane z 1 miliona mysich neuronów. W przyszłości planują umieszczenie wszystkich zdobytych informacji w komputerze i uruchomienie pierwszego wirtualnego mózgu. Można się zastanawiać czy taki model będzie w stanie uzyskać samoświadomość.Nawet kierownicy projektu nie są jednak w stanie odpowiedzieć na to pytanie.

Inicjatywy te zaowocują większym zrozumieniem naszego mózgu i być może odkryciem tajemnic dotyczących ludzkiej świadomości. Badania dopiero się rozpoczynają, a ze względu na ogromny stopień skomplikowania, wyników możemy spodziewać się za kilka - kilkanaście lat. Przyszłość pokaże jak naukowcy będą w stanie wykorzystać zdobytą wiedzę.

Łukasz Kałużny

Źródła:

http://www.humanbrainproject.eu/

http://www.newscientist.com