Човешкият мозък е най-предизвикателната и интересна цел за научни изследвания
(снимка: CC0 Public Domain)
Финансирани от Съюза изследователи са начело в усилията за по-задълбочено разбиране на човешкия мозък и ускоряване на лечението на различни неврологични заболявания.
От Михаела Несварова
Неотдавнашните пробиви в невронауката звучат почти като чудеса: техники за невростимулация, които помагат на парализирани пациенти да проходят, или имплант, с чиято помощ може да се възстанови зрението на слепите.
Това са едва два от множеството резултати от забележителния проект „Човешки мозък“ (Human Brain Project — HBP), 10-годишна научноизследователска инициатива, финансирана от ЕС, благодарение на която значително бе подобрено научното разбиране за човешкия мозък.
Обширна област на изследване
Това е един от най-големите и амбициозни научноизследователски проекти, финансирани някога от ЕС, за който наскоро бе публикувана комплексна оценка на най-важните постижения за 10-годишния му период на изпълнение.
Работата по него продължава между 2013 и 2023 г., а в екипа участват 150 институции и стотици изследователи от 19 държави. Обемът и продължителността му съответстват на фокуса на научните изследвания, казва световноизвестният невролог, професор Катрин Амунтс, която бе ръководител на това амбициозно сътрудничество.
„Човешкият мозък е най-предизвикателната и интересна цел за научни изследвания — сравним с Вселената“, казва тя. „Не съществува нито една лаборатория, или дори държава, която да разполага с капацитета за всеобхватното изучаване на сложността на мозъка“.
Ето защо, според Амунтс, „голямо предимство“ е, че изследователите по проекта бяха облагодетелствани от толкова голямо и дългосрочно финансиране от Съюза. „В противен случай постигнатите от нас успехи нямаше да бъдат възможни“.
Помощ за милиони хора
„Мозъчните заболявания представляват глобален проблем“, казва тя, „а постиженията на екипа на HBP ще спомогнат за предоставянето на по-добри грижи за милиони хора“.
Повече от 3 милиарда души — или над 40 % от световното население — са засегнати от неврологични заболявания, което ги прави основната причина за влошено здраве и увреждания, които обременяват пациентите, семействата им и полагащите грижи за тях по целия свят.
За Амунтс отговорът се крие в повече научни изследвания. „За да се лекуват по-ефективно мозъчните заболявания, е необходимо по-добро разбиране как функционира мозъкът“, казва тя.
Работейки там, където се пресичат невронауката и информационните технологии, изследователите от HBP хвърлят значителна светлина върху структурата, функционирането и функционалните нарушения на мозъка, което води до нови приложения в медицината и технологиите.
Това вече има забележимо практическо въздействие. Направени са важни пробиви, в разбирането на зрението например.
Изследователите от HBP в Кралската академия на изкуствата и науките на Нидерландия създадоха устройство, способно да предава зрителни модели директно към зрителната кора на мозъка, проправяйки пътя за бъдещ революционен метод за възстановяване на зрението.
Аналогично, забележителен напредък в невростимулацията предлага нови надежди на засегнатите от парализа.
В Швейцария екип на Швейцарския федерален технологичен институт в Лозана разработи персонализирани модели за стимулиране на гръбначния мозък, като дава възможност на пациенти с парализа на долната половина на тялото да се изправят и да проходят.
Атлас на мозъка
Според Амунтс едно от ключовите постижения на проекта е създаването на атлас на мозъка, което тя оприличава на Google Карти за мозъка.
Атласът картографира над 200 отделни зони на мозъка и предоставя многостепенни справочни анатомични карти, стигащи до ниво микрометър.
„Той е изцяло уникален по своите характеристики и подробни данни. Дава възможност на изследователите да увеличават и намаляват изображението, за да виждат начина на свързване на различните активи на мозъка“, казва Амунтс.
„Този общ преглед е изключително важен, за да се разбере кои функции в кои зони на мозъка участват“, казва тя. Когато пациентът е получил удар например, атласът дава възможност за споделяне на по-подробна информация и позволява по-персонализирана реакция на неговите нужди.
Разделът BigBrain на атласа вече е използван в голямо клинично изпитване — изследването EPINOV във Франция, при което учените използват персонализирани модели на мозъка, за да определят най-добрите целеви зони за операции при епилепсия. Това може да подобри живота на милиони пациенти с епилепсия, за които са необходими операции за облекчаване на симптомите.
Технологията за персонализиране на тези модели също е разработена в рамките на HBP от изследователи към университета в Марсилия.
Комуникация между мозъка и компютър
Извън здравето изследователите от HBP оставят своя отпечатък и в изкуствения интелект (ИИ), където напредъкът се извършва успоредно с развитието на невронауката. Работата на екипа на Амунтс служи като ефективен мост между двете области.
Така новите методи на изчисляване стават инструменти за изследване на мозъка, докато по-доброто ни разбиране на мозъка спомага и за напредъка на технологиите в областта на изкуствения интелект — от невроморфните изчислителни технологии, моделирани според човешкия мозък, до когнитивната роботика.
„Научните изследвания в областта на ИИ, изкуствените невронни мрежи и невроморфните изчислителни технологии имат пряка връзка с изследванията на мозъка“, казва Амунтс. „Ако разберем по-добре как мозъкът се учи и как функционира, можем да се научим да изграждаме по-ефикасни изкуствени невронни мрежи“.
Свободен достъп
За професор Филип Верние, директор на института по неврология „Париж—Сакле“ във Франция, „HBP представлява неоспорим успех“.
Верние, който също така е директор на научните изследвания във френския Национален център за научни изследвания, заедно с Амунтс ръководи последваща научноизследователска инициатива, финансирана от ЕС, наречена EBRAINS 2.0.
Новата инициатива е отворена платформа, която предлага достъп до всички цифрови инструменти, услуги и набори от данни, разработени в рамките на HBP, включително и до атласите на мозъка.
С напредването на десетгодишната работа на изследователите от HBP Амунтс осъзнала, „че е трябвало да създадат и съвместна цифрова платформа“. За Верние последващият изследователски проект, финансиран от ЕС, е от съществено значение, ако научната общност трябва да се възползва от изследванията на HBP.
„Важно е да се покаже какво HBP успя да произведе и да предостави на по-широката научна общност“, казва той. „EBRAINS е достъпен за всички“.
В платформата невролозите могат да въвеждат и споделят данни и да си сътрудничат в изследванията на мозъка.
„Това наистина може да доведе до коренна промяна“, казва Верние. „Основното предизвикателство пред изследванията на мозъка е неговата сложност. За да се справим с него, трябва да работим усърдно, да събираме данни и да го оформяме в нещо полезно“.
Промяна на живота
Такова колективно усилие е необходимо за по-доброто разбиране на мозъка, а също и за лечението на много мозъчни заболявания, като например болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон и шизофренията.
„С новите инструменти проправяме пътя за по-добри и по-персонализирани лечения на тези болести“, казва Верние.
Накратко, целта на научноизследователските инфраструктури на проекта EBRAINS е да се предпази наследството на HBP и най-новите научни постижения да стигнат до клиничните изпитвания и болниците.
„Мозъкът е изумителен и ние искаме да разберем архитектурата и функциите му, но смятаме, че сме длъжни да предоставяме получените от нас данни в клиничната дейност и да правим живота на пациентите по-добър“, казва Амунтс.
Изследванията в тази статия са финансирани от програма „Хоризонт“ на ЕС. Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието на ЕС за изследвания и иновации.