Aju, Maa Kõige Keerukama Bioloogilise Struktuuri (Essee) Avamine

{h1}

Kui teadlased mõistavad täielikult aju põhikäsitlust - kõige keerulisemat bioloogilist struktuuri maal - saavutavad nad tõenäoliselt kõige suurema teadusliku edenemise inimese ajaloos.

James Olds on USA rahvusliku teadusfondi bioloogiaalaste teadusuuringute direktoraadi juhataja ja on George Masoni ülikooli molekulaarse neuroteaduse professor. Vanad panustas selle artikli WordsSideKick.com'ile Eksperdihääled: Op-Ed & Insights.

Sinu aju on sisuliselt see, mis sulle teeb... sina. See kontrollib teie mõtlemist, probleemide lahendamist ja vabatahtlikku käitumist. Samal ajal aitab see pidevalt reguleerida teie füsioloogia kriitilisi aspekte, nagu teie südame löögisagedus ja hingamine. Ja veel, teie aju - mitterahuldav mitmetasandiline ime - töötab ainult umbes 20 vatti energiaga, sama võimsus kui energiasäästlik lamp.

Siiski on enamasti aju tundmatu piir: neuroscioloogid ei saa veel täielikult aru, kuidas aju töödeldakse teavet. See on juhtum isegi ussi ajus, millel on vaid mitu sada neuronit - midagi ei võrrelda inimese aju, mis omab 80 miljardit kuni 100 miljardit neuronit. Mõtted, käitumine või füsioloogiline vastus tekitavate sündmuste ahel jääb salapäraseks.

Miks? Aju on teadlastele tuntud kõige keerukam bioloogiline struktuur. Kui teadlased mõistavad, kuidas see toimib, saavutavad nad tõenäoliselt kõige suurema teadusliku saavutuse inimtegevuse ajaloos. [Aju saladuste avamine (galerii)]

Neuron lülitatakse valguse sisse optogeneetika abil.

Neuron lülitatakse valguse sisse optogeneetika abil.

Krediit: Ed Boyden ja MIT McGovern Instituut

Big Bang teooria ajus

Neuroloogid kogu maailmas töötavad, et välja töötada üldine teooria, kuidas tervislik aju töötab. Sarnaselt sellele, kuidas Suure Paugu teooria pakub ühte kosmoset võimalikku selgitust ja aitab juhtida universumi päritolu uurimist, oleks terve aju funktsiooni teooria võimalik selgitada, kuidas aju ja kogu närvisüsteem töötavad ja aitavad suunata neuroteaduste uurimist.

Terve ajufunktsiooni teooria võib samuti aidata selgitada, kuidas vigastused ja haigused häirivad aju funktsiooni. Selline teooria võiks aidata teadlastel leida uued suunad traumaatiliste ajukahjustuste ja ajuhaiguste uurimiseks.

Teadmised tervisliku ajufunktsiooni kohta võivad aidata kaasa ka arukate tehnoloogiate arendamisele, mis jäljendavad mõningaid inimese aju võimekust. Kui superarvutid - mis igal aastal tarbivad miljoneid dollareid elektrienergiat aastas, aga ka tohutu hulga jahutusvee - võiksid aju energiatõhususe ja töötlemisvõimsusega ühitada, nende tohutu energiatarbimine väheneks ning teaduse ja innovatsiooni hoogneks.

Neuroteadlased on teinud mõningast edu aju mõistmise suunas. Nad on kindlaks määranud ajupiirkonnad, mis reguleerivad teatud funktsioone, sealhulgas kõne- ja motoorseid funktsioone, ning tunnistavad aju tekkivaid struktuurset ja funktsionaalseid muutusi kogu looma eluea jooksul.

Ja hiljuti on neuroteadlased välja töötanud enneolematu detailina täiustatud vahendid aju osade visualiseerimiseks ja analüüsimiseks. Need tööriistad pakuvad esimesi üksikasjalikke ajukahjumeid ja neuronitehnoloogiat edasi lükkavad niivõrd kui esimesed võimsad teleskoobid, kui sügavad pilgud universumisse suunatakse ja astronoomia suunatakse edasi.

Intact hiire aju kujutatud uue tehnika abil, mida nimetatakse CLARITY, mis näitab peeneid detaile ja suurt pilti samal ajal.

Intact hiire aju kujutatud uue tehnika abil, mida nimetatakse CLARITY, mis näitab peeneid detaile ja suurt pilti samal ajal.

Krediit: Kwanghun Chung ja Karl Deisseroth, Howard Hughesi Meditsiiniinstituut / Stanfordi Ülikool

BRAINi algatus

Nendele ja muudele hiljutistele uuendustele tuginedes algatas president Barack Obama Brain Researchi innovatiivsete neurotehnoloogiaalgatuste edendamise kaudu (BRAINi algatus) 2013. aasta aprillis. Fondi poolt rahastatud 2015. aastal 200 miljonit dollarit on algatus avaliku ja erasektori teadusuuringute jõupingutused teadlaste arusaama muutmiseks aju.

Osana algatusest püüab NSF välja selgitada, kuidas tervislik aju töötab. Magnetresonantstomograafia (MRI) tehnoloogia, bioonilised jäsemed ja laser-silmaoperatsioonid põhinesid NSF-i alguses rahastatud fundamentaalteaduslikel uuringutel ja see uus auruvälise uuring võib viia samavõrd sügava arenguni. Ameerika Ühendriikide föderaalse teaduse agentuurina kulutab NSF BRAINi algatuse toetuseks umbes 48,48 miljonit dollarit, millest osa on ligikaudu 106,44 miljonit dollarit toetuste saamiseks, mida pakume kõigile "Aju mõistmise" uuringutele mitmete neuroteaduste teemade raames.

Selle toetusega tegelevad meie uurimisrühmad aju mitmesuguste nurkadega. Nad loovad uusi aju jälgida ja manipuleerima; arvutimudelite loomine, et aidata levitada neuronite tegevust, mis juhivad mõtteid ja käitumist; aju pildistamise tehnoloogiate täiustamine; ja uurides paljude liikide närvisüsteeme.

Need teadlased loovad ka küberinfrastruktuuri, et salvestada ja hallata ajuuuringutes loodud "suuri andmeid". See on kriitiliselt oluline: kui ühe aju nanoskaalad salvestatakse 1TB kõvaketaste virnas, ulatub virn kuu lõpuni või kaugemale.

Aju piiride surudes

Lisaks sellele pakkus NSF 36 interdistsiplinaarset meeskonda kokku 10,8 miljoni dollariga varase kontseptsiooni toetusena, kusjuures igaüks lahendas selle vexing küsimuse: kuidas neuronite ahelad genereerivad käitumist ja võimaldavad õppimist ja arusaamist?

Üks Põhja-Carolina ülikooli meditsiinikooli ülikoolist paraneb uut tüüpi mikroskoobi abil, et samal ajal vaadata üksikute neuronite, mis põlevad kahte või enamat eri ajupiirkonda, samal ajal. See mikroskoop võimaldab teadlastel esmakordselt näha, kuidas erinevad aju töörühmad töötlevad teavet.

Võttes täiesti teistsuguse lähenemise, uurivad teadlased 25 miljoni USA dollariga NSF-i aju, meele ja masinate keskuses MIT-i uurimises inimeste intelligentsust ja arukate masinate loomise potentsiaali. Nagu teadlased õpivad, kuidas neid masinaid ehitada, aitab see tõenäoliselt ka inimkonna arusaamist inimese luureandmetest.

Exoskeletoni (välimine skelett) disain, mis võimaldab parapleegikatest kõndida, tugineb peamistele neuroteaduste uuringutele. Exoskeleton kasutab kasutaja ajutegevuse tõlgendamiseks arvuti algoritme, mis võimaldab eksoskeletoni edasi liikuda.

Exoskeletoni (välimine skelett) disain, mis võimaldab parapleegikatest kõndida, tugineb peamistele neuroteaduste uuringutele. Exoskeleton kasutab kasutaja ajutegevuse tõlgendamiseks arvuti algoritme, mis võimaldab eksoskeletoni edasi liikuda.

Krediit: Jalutage uuesti projekti / virtualreality.duke.edu

Kui ajalugu on mis tahes juhend, on neil ja muudel olulistel aju-uurimisprojektidel oluline rakendus. Näiteks valgustundlike organismide alusuuringud tõid 2005. aastal välja läbimurdetehnoloogia, mida nimetatakse optogeneetikaks, selektiivseks muutmiseks üksikute neuronite sisse- ja väljalülitamiseks, laskudes neile valgust. (Vaata optogeneetikat selgitavat animatsiooni siin.)

Tänapäeval kasutatakse optogeneetikat, et uurida Parkinsoni tõve, skisofreenia, depressiooni, insuldi, PTSS-i, sõltuvuste ja pimedate vormide võimalikke rolle.

Kui olete aktuaalne ekspert - teadlane, ärijuht, autor või uuendaja - ja tahaksin lisada optimeeritud teose, saatke meile siia.

Kui olete aktuaalne ekspert - teadlane, ärijuht, autor või uuendaja - ja tahaksin lisada optimeeritud teose, saatke meile siia.

Ja hiljuti nägid 2014. aasta maailmameistrivõistluste vaatajaid hiljuti olulist ajuuuringut olulist rakendust. Esimesed mängude löödud tegi isik, kelle parapleegium kandis eksoskeletoni, mis põhineb NSF-i rahastatud uurimustel, kuidas neuroneid mootoritesse õppimine - uuring, mis algas ligi kakskümmend aastat tagasi.

Kogu valitsuse ja kogu rahva hulgas on lootused suured, et täiendavad, fundamentaalsed, neuroteaduste uuringud loovad aluse edasistele edusammudele, mis aitavad ühiskonnal teha täiendavaid edusamme.

Jälgige kõiki ekspertkõne küsimusi ja arutelud - ja saate arutelu osaks - Facebookis, Twitteris ja teenuses Google+. Esitatud seisukohad on autorite sõnad ja need ei pruugi kajastada kirjastaja vaateid. See artikli versioon avaldati algselt WordsSideKick.com'is.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com