Чтение онлайн

В связи с растущим бременем основных заболеваний головного мозга во всем мире ученым необходимо найти наиболее эффективные средства для всестороннего применения современной биотехнологии и решения проблем клинической медицины.

Нейробиология и визуализация вступают в новую эру сотрудничества, в которой новые успешные технологии, порожденные крупными научными проектами по всему миру, окажут огромное влияние не только на медицинскую науку, но и на экономику и общество. В США в 2013 году приступили к реализации инициативы «Исследование мозга через продвижение инновационных нейротехнологий» (BRAIN). Инициатива BRAIN была направлена в помощь исследователям для поиска новых способов лечения и предотвращения заболеваний мозга. Чтобы помочь сформировать новую инициативу, National Institutes of Health (NIH) учредил рабочую группу в составе Консультативного комитета – директора NIH (ACD) для изучения новаторских начинаний под сопредседательством доктора Корнелии «Кори» Баргманн (Рокфеллеровский университет) и доктора Уильяма Ньюсома (Стэнфордский университет) [22] . В их отчете «BRAIN 2025: A Scientific Vision» [23] сформулированы научные инициативные цели: выявление и экспериментальный доступ к различным типам клеток мозга для определения их роли в здоровье и развитии болезней.

В задачах проекта предполагается:

• провести интегрированную систематическую перепись типов нейрональных и глиальных клеток, выявить новые генетические и негенетические инструменты для доставки генов, белков и химических веществ к интересующим клеткам у животных и людей;

• составить карты головного мозга в нескольких масштабах с возможностью отображать связанные нейроны в локальных цепях и распределенных системах мозга, что позволит понять взаимосвязь между нейрональной структурой и функцией для анатомической реконструкции нейронных цепей на всех уровнях, от неинвазивной визуализации всего человеческого мозга до плотной реконструкции синаптических входов и выходов на субклеточном уровне;

• зарегистрировать динамическую нейронную активность из полных нейронных сетей в течение длительных периодов времени во всех областях мозга, что предоставит многообещающие возможности как для улучшения существующих технологий, так и для разработки совершенно новых технологий нейронной записи, включая методы, основанные на оптике, молекулярной генетике и нанонауке, охватывающие различные аспекты активности мозга;

• выявить причинно-следственную взаимосвязь между активностью мозга и поведением для последующего изменения динамики нервной цепи;

• изучить поведение человека с помощью объединения передовых генетических и оптических методов с использованием световых импульсов для выявления мозговых клеток, влияющих на поведение, для разработки нового поколения инструментов для оптогенетики, хемогенетики, а также биохимической и электромагнитной модуляции;

• разработать концептуальный фундамент для понимания биологических основ психических процессов посредством разработки новых теоретических инструментов и инструментов анализа данных.

Задачами исследовательской группы National science foundation (NSF) является создание набора физических и концептуальных инструментов, необходимых для определения функционирования здорового мозга на протяжении жизни человека [24] . Основная цель работы – выйти за пределы картирования мозга и найти взаимосвязь между поведением, деятельностью мозга в целом, его функциями, единичными клетками и субклеточными структурами.

Эта инициатива имеет большие перспективы для решения фундаментальных нейробиологических вопросов о здоровом функционировании мозга, создаст основы для усовершенствования методов лечения расстройств нервной системы или черепно-мозговых травм, направлена на многомасштабную интеграцию динамической активности и структуры мозга, нейротехнологии, количественную теорию и моделирование функций мозга.

Группа Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) разработала ряд программ, включая «Электрические рецепты» (ElectRx), направленных на помощь человеческому телу исцелить себя за счет нейромодуляции с помощью сверхминиатюрных устройств [25] . Программа Neuro-Function, Activity, Structure and Technology (Neuro-FAST) ориентирована на обеспечение визуализации и декодирования активности мозга. Программа восстановления активной памяти (RAM) ориентирована на разработку и тестирование беспроводного, полностью имплантируемого медицинского устройства с нейронным интерфейсом для клинического использования человеком. Устройство будет способствовать формированию новых воспоминаний и восстановлению существующих, у людей, утративших эти способности в результате черепно-мозговой травмы или неврологического заболевания. Программа «Системная нейротехнология для новых методов лечения» (SUBNETS) направлена на создание имплантированных диагностических и терапевтических систем для лечения нейропсихологических заболеваний.

European Commission’s Human Brain Project реализует проект «Человеческий мозг» (HBP), являющийся флагманом Европейской комиссии по вопросам будущего и новых технологий, его цель – ускорить понимание человеческого мозга, добиться прогресса в определении и диагностике заболеваний мозга и разработать новые технологии. HBP имеет более 100 партнеров в 24 странах Европы и по всему миру. Основная цель HBP – представить к 2023 году совместную разработку первого проекта «каркаса» модели и симуляции человеческого мозга [26] .

Параллельно с проектами в США и Европе в 2014 году Япония запустила собственный проект Japan’s Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies (Brain/MINDS), преследующий три цели: сосредоточить внимание на исследованиях мозга приматов, установить нейронные сети, участвующие в таких нарушениях мозга, способствовать тесному сотрудничеству между фундаментальными и клиническими исследованиями, связанными с мозгом [27] .

Декларация о намерениях по созданию Международной инициативы в области изучения мозга была принята 8 декабря 2017 года на встрече представителей крупных мировых исследовательских проектов в области мозга, проводимой при поддержке Фонда Кавли и организованной Австралийской академией наук в Канберре. Декларация между представителями Японии, Кореи, Европы, Соединенных Штатов Америки и Австралии, Китая и Канады предназначена для ускорения прогресса во «взломе кода мозга» [28] .

Министр здравоохранения Австралии объявил, что Австралийский национальный совет по здравоохранению и медицинским исследованиям предоставит дополнительные инвестиции в исследования функций и структуры мозга в сотрудничестве с BRAIN – основы неинвазивных методов визуализации человеческого мозга и нейрозаписей [29] .

Некоммерческая организация Israel Brain Technologies (IBT) поставила перед собой задачу ускорить коммерциализацию израильских инноваций, связанных с мозгом, и сделать Израиль ведущим международным центром технологий мозга [30] .

Проект Brainnetome в Китае вплотную занимается идентификацией мозговой нейронной сети с помощью метода мультимодальной нейровизуализации [31] . Одними из последних открытий проекта являются установление взаимосвязи между нарушением тормозного контроля и многочисленными психиатрическими и поведенческими расстройствами, разработка 3D-сети (3DAN), визуализирующей пребиомаркеры, приводящие к развитию болезни Альцгеймера [32] , [33] .

Проект Human Connectome (USC Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute, USC University of Southern California, США) призван обеспечить беспрецедентную компиляцию нейронных данных – интерфейс для графической навигации. В лаборатории нейровизуализации исследователи LONI занимаются разработкой алгоритмов деформации и количественного анализа данных для создания набора атласов мозга, которые характеризуют нормальный мозг в процессе развития, в зрелом и пожилом возрасте, работают над пониманием и картированием мозга при болезни Альцгеймера, а также мозга других популяций пациентов [34] .