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脳のマッピングは、SFから直接取り出したもののように聞こえます。小さな探検家が、谷や尾根を含む脳の表面を横断する際に彼女の発見を綿密に文書化することを想像できます。実際には、脳のマッピングは、脳の個々の領域をよりよく理解し、アルツハイマー病、パーキンソン病、うつ病、外傷性脳損傷などの深刻な疾患を軽減する発見につながる可能性があります。それが、BRAIN Initiative Mapping Projectの目標です。脳マッピングとは？
少し間を置いて、脳について考えます。 1000億個の細胞が含まれる場合があります。ニューロンと呼ばれる各細胞は、何万もの他の脳細胞に接続する場合があります。
これらのネットワークは、私たちの生活に不可欠な機能をサポートしています。最小限に機能する脳さえなければ、ほとんどが納得するでしょう、意味のある人生はありません。科学は、この最も重要な臓器を照らそうとしました。
脳マッピングの歴史
脳を単一の均一な器官としてではなく、離散した領域で構成されるものとして理解することは、100年以上にわたって存在してきた概念です。 1909年、コルビニアンブロドマンは、大脳皮質のマップを説明する論文を書き、脳の表面を43の領域に分割しました。彼は、薄くカットされた脳組織の標本に基づいてこれらの領域を分離し、明確な細胞体染色パターンを示しました。細胞の構造は、脳を異なる領域に分割するために使用できます。
ブロードマンの試みは非常に影響力がありました。解剖学的構造と脳機能を関連付けることはユニークでした。それは、特定の構造への損傷を一貫した機能の喪失に結びつけることを試みるフレームワークの開発を可能にしました。彼の最初の地図は、脳卒中、外傷、または腫瘍の設定で得られる可能性があるように、神経科学者が所見を脳の画像に局所化するのに役立ちます。
今日の脳マッピング
他のマップが時間の経過とともに改良される可能性があるのと同様に、さらなる研究により、脳組織の地形的組織に関する理解が深まりました。脳活動マッププロジェクトは、そのような進歩を促進するために作成されました。このプロジェクトは、2011年9月にロンドンで開催されたKavli FoundationのMiyoung Chunが主催した会議で優勝しました。
科学者たちは、脳の構造の理解を深め続けてきました。
2016年に、脳はさらに180の小包に細分化され、構造、機能、および接続性の明確な違いが示されました。97に含まれる領域が初めて記述されました。
これらの新しいマップは、機能的MRI（fMRI）を含む磁気共鳴画像（MRI）技術を使用して作成され、さまざまな（非常に特定の）精神的タスクに応じて血流を測定します。
このタイプのマッピングでは、2つ以上の独立したプロパティに大きな変化が見られるまで、脳の表面をゆっくりと移動し、マップ上の境界線を描きやすくします。エリアの数は一貫している場合がありますが、サイズは個人ごとに異なります。これらの違いは、認知能力と創造能力だけでなく、アルツハイマー病、パーキンソン病、さらにはうつ病などの脳関連疾患の潜在的なリスクを区別することが重要です。
脳をより小さな部分に分割すると、神経科学者が全体としてどのように機能するかを理解するのに役立つ場合があります。ただし、単一の測定は不完全であることが判明し、脳とその機能の誤解を招くような見方を提供します。
マッピングはまた、基礎である生化学についてほとんど説明しません。また、ニューロンの小さなグループ、または重要な単一のニューロンの役割を解明できない場合もあります。テクノロジーが進歩するにつれて、マッピング作業を繰り返す必要があるかもしれません。
細胞レベルで明らかな構造の違いを超えて、その活動と相互接続に基づいて脳の組織を整理することが可能かもしれません。政治的および経済的支援を得て、このプロジェクトはより広範なBRAINイニシアチブに組み込まれました。
研究資金がBRAINイニシアチブをサポート
脳の複雑さを解明するには、科学コミュニティ内でこれまでにないレベルの協力、地政学的な分裂を越えて協力する意欲、およびグローバルな官民パートナーシップにおけるリソースのプールが必要です。
当初は脳活動マップと呼ばれていた、革新的な神経工学の進歩による脳の研究（BRAIN）イニシアチブは、2013年4月2日に米国のオバマ大統領によって立ち上げられました。
BRAINイニシアチブは、数十万のニューロンが一時的な思考の速度で機能するため、同時に数十万のニューロンの機能をマッピングすることを目指しています。
このプロジェクトの目標を確認する前に、アメリカ人だけが努力しているわけではないことを認識することが重要です。
実際、BRAINプロジェクトは、脳の内部の仕組みをより完全に理解するためのグローバルな取り組みの一部である他の世界的な取り組みに参加しています。 2016年9月19日、国際脳イニシアチブが国連総会に付随する会議で発足しました。米国内の国立睡眠財団と国立衛生研究所（NIH）は、プロジェクトの開発とサポートにリソースを投入しています。
タイムテーブル、マイルストーン、推定コストを含む必要な科学的研究を導くための詳細な計画の策定に加えて、財政的支援を獲得し、維持する必要があります。ブレインマッピングプロジェクトとより広範なBRAINイニシアチブは、最初は1億ドル以上の資金で賄われており、10年以上にわたって数十億ドルの費用がかかると予想されています。
公共の研究資金を超えて、ダイナミックな脳のマッピングにおける私的な努力は以下を含みました：
- シアトルのアレン脳科学研究所（4年間で年間6,000万ドルを支出）
- バージニア州のハワードヒューズ医療研究所（年間少なくとも3000万ドルを支出）
- カリフォルニア州オックスナードにあるKavli Foundation（年間400万ドルを10年間支出）
- サンディエゴのソーク生物学研究所（2800万ドルを寄付）
官民共同の研究イニシアチブは、最終的には、脳機能の動的な理解を生み出すことができる革新的な技術の開発をサポートするという目標を持っています。
BRAINプロジェクトの主な目標
BRAINイニシアチブのより広範な使命は、「人間の心の内部の働きの理解を深め、脳の障害をどのように治療、予防、および治療するかを改善すること」です。これを実現するには、脳の細胞と回路がどのように相互作用し、最終的には脳の機能と行動の間の複雑な関連を明らかにする新しい技術を開発する必要があります。
このプロジェクトにはいくつかの重要な目標があり、これらが今後10年間で実現される可能性のある方法は無数にあります。
- ニューロテクノロジーの進歩：有望な研究の財政的支援は、脳の基盤を理解するだけでなく、脳に影響を与える障害を診断および治療する方法を理解するのに役立つ技術の急速な発展につながります。革新、科学の進歩、デバイスの進歩には、エンジニアと神経科学者の学際的なチームが必要です。
- ダイナミックイメージングを促進する：現在の脳のイメージングが写真のスタックをめくるようなものである場合、新しいテクノロジーは、リアルタイムで脳の機能を見るような動的な画像を生成します。異なる空間および時間スケールにわたってこれらの機能をより高い解像度で視覚化するには、イメージング技術を進歩させる必要があります。
- 脳の機能を探る：脳は静止器官ではありません。膨大な量の情報をほぼ瞬時にアクティブに記録、処理、保存、取得、使用します。この能力を理解するには、複数の潜在的なモダリティを使用して脳をリアルタイムで調査する必要がありますが、その多くは現在存在しません。
- 動作を機能にリンクする：脳機能の外向き発現が行動として観察される。さらに複雑なのは、誰かが振る舞うことが認められる無数の方法です。高度な計算モデルを使用すると、これらのパターンと先駆的なモデルを解明して、目的の動作を強化できる場合があります。
- コンシューマーアプリケーションを強化する：脳組織と相互作用する医療機器は私たちの将来の生活に大きな影響を与える可能性があり、規制は消費者の健康と福祉を促進する必要があります。安全性と有効性の両方に目を向けてこれらのテクノロジーを消費者に提供することは、この分野が進むにつれて鍵となります。
脳マッピングプロジェクトの長所と短所
神経科学の分野には無限の機会と無限の可能性があるように思えるかもしれません。脳についての知識を深めると、脳が人間であることの意味を深く理解することができます。ただし、脳マッピングプロジェクトにはいくつかの潜在的な欠点があります。
- お金の流出：このような大規模なプロジェクトは、財政的支援や他の価値ある原因からの注目を奪う可能性があります。この資金は、政府または非営利機関によって突然カットされる可能性があります。
- 研究の優先順位の違い：すべての科学者が同じ焦点を持っているわけではありません。彼らが財政的支援を求めることを余儀なくされるとき、これは彼らを彼らの強みから遠ざけるかもしれません。たとえば、すべての科学者が霊長類の研究に参加するわけではないので、倫理的な配慮も協力を制限する可能性があります。
- 紛争とコンセンサスの欠如：科学的真実を求める上で、その道筋は必ずしも明確ではありません。強い個性と意見の違いを組み合わせると、仮説と研究の優先順位が矛盾する可能性があります。専門家間のコンセンサスの欠如は、不一致をもたらすかもしれません。
- 小さな国からの寄付を無視：先進国は3億ドルの研究資金を拠出する可能性がありますが、開発途上国はプロジェクトで同様の主張を行うことができない場合があります。これは、患者、モデル生物、および手頃な価格のテクノロジーを提供することによって相殺される可能性がありますが、テーブルに席が提供されている場合のみです。
- 基礎科学と応用技術：一部の科学的知識は、知識を進歩させるという高貴な目的でのみ得られます。金銭的インセンティブ、および収益性の高い応用技術を生み出す能力は、努力の焦点を傾けるかもしれません。
- 既存のリソースを統合する：このプロジェクトは以前の作業に基づいており、US Human Connectome Project（脳の構造的および機能的接続のマッピングに焦点を当てている）、EUのHuman Brain Project（脳のしくみの基礎科学に焦点を当てている）を統合する方法を見つける必要があります）、およびカナダのCBRAINプログラム（医学に適用できるテクノロジーの作成に焦点を当てている）、その他の先行する取り組みの中でも特に。
幸いなことに、このプロジェクトが進むにつれ、多くの約束と希望の理由があります。脳のマッピングは、最終的には次のような複数の測定を統合します。
- 皮質の厚さ
- 脳機能
- 地域間の接続
- 細胞の地形的組織
- ミエリンのレベル（神経信号を加速する脂肪絶縁）
脳のマッピングプロジェクトのバナーの下で特定の目標を追求するためにチームが情報を交換および交換できるように、研究の取り組みを統合することで、神経科学の大幅な進歩が可能になります。
ベリーウェルからの一言
ブレインマッピングプロジェクトは、脳内の構造と機能の相関関係を理解する上での資金調達への注目を集めています。強力な顕微鏡、スーパーコンピューティングリソース、ユニバーサルブレインマッピングツールにより、科学者は発見を促進できます。これらの進歩は、すべての人類の脳の健康の強化を可能にする可能性がありますが、それは資金と協力が維持されている場合に限られます。