كيف فشل العلم الكبير في حل ألغاز الدماغ البشري

بدأت الجهود الكبيرة والمكلفة لرسم خريطة الدماغ قبل عقد من الزمان لكنها فشلت إلى حد كبير. إنه تذكير جيد بمدى تعقيد هذا العضو.



25 أغسطس 2021 مفهوم عقل العلم

أندريا داكوينو

في سبتمبر 2011 ، اجتمعت مجموعة من علماء الأعصاب وعلماء النانو في مزرعة خلابة في الريف الإنجليزي في ندوة تهدف إلى الجمع بين حقليهم معًا.





في الاجتماع ، قدم عالم الأحياء العصبية في جامعة كولومبيا رافائيل يوستي وعالم الوراثة في جامعة هارفارد جورج تشيرش اقتراحًا غير متواضع: لرسم خريطة لنشاط الدماغ البشري بأكمله على مستوى الخلايا العصبية الفردية وتفاصيل كيفية تشكيل هذه الخلايا للدوائر. يمكن تسخير هذه المعرفة لعلاج اضطرابات الدماغ مثل مرض الزهايمر والتوحد والفصام والاكتئاب وإصابات الدماغ الرضحية. وسيساعد ذلك في الإجابة على أحد الأسئلة العظيمة في العلم: كيف يُحدث الدماغ الوعي؟

قضية العقل

كانت هذه القصة جزءًا من إصدارنا لشهر سبتمبر 2021

  • انظر إلى بقية القضية
  • يشترك

صاغ يوست تشيرش وزملاؤهم اقتراحًا سيكون لاحقًا نشرت في مجلة Neuron . كان طموحهم متطرفًا: جهد عام دولي واسع النطاق ، مشروع خريطة نشاط الدماغ ، يهدف إلى إعادة بناء السجل الكامل للنشاط العصبي عبر الدوائر العصبية الكاملة. كتبوا أن مشروع الدماغ ، مثل مشروع الجينوم البشري قبل عقد من الزمن ، سيؤدي إلى صناعات ومشاريع تجارية جديدة تمامًا.



بيتر تيمين يتلاشى الطبقة الوسطى

ستكون هناك حاجة إلى تقنيات جديدة لتحقيق هذا الهدف ، وهنا جاء دور علماء النانو. في ذلك الوقت ، يمكن للباحثين تسجيل نشاط من بضع مئات من الخلايا العصبية في وقت واحد - ولكن مع وجود حوالي 86 مليار خلية عصبية في الدماغ البشري ، كان ذلك أقرب إلى مشاهدة التلفزيون بكسل واحد في كل مرة ، يتذكر Yuste في عام 2017. اقترح الباحثون أدوات لقياس كل ارتفاع من كل خلية عصبية في محاولة لفهم كيف أدى إطلاق هذه الخلايا العصبية إلى إنتاج أفكار معقدة.

أثار الاقتراح الجريء اهتمام إدارة أوباما وأرسى الأساس لعدة سنوات أبحاث الدماغ من خلال مبادرة تطوير التقنيات العصبية المبتكرة (BRAIN) ، أُعلن عنها في أبريل 2013. أطلق عليها الرئيس أوباما اسم المشروع الأمريكي العظيم القادم.

لماذا يعتبر مشروع رسم خرائط الدماغ لأوباما مهمًا أوباما يدعو إلى 100 مليون دولار لتطوير تقنيات جديدة لفهم الدماغ.

لكنها لم تكن أول مغامرة دماغية جريئة. في الواقع ، قبل بضع سنوات ، كان هنري ماركرام ، عالم الأعصاب في المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في لوزان في سويسرا ، حددت هدفًا أسمى: صنع محاكاة حاسوبية لدماغ بشري حي. أراد ماركرام بناء نموذج ثلاثي الأبعاد رقمي بالكامل بدقة الخلية الفردية ، متتبعًا جميع اتصالات هذه الخلايا العديدة. تفاخر أنه يمكننا القيام بذلك في غضون 10 سنوات ، خلال a 2009 TED Talk .

في يناير 2013 ، قبل بضعة أشهر من الإعلان عن المشروع الأمريكي ، منح الاتحاد الأوروبي ماركرام 1.3 مليار دولار لبناء نموذج دماغه. أثارت مشاريع الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي جهودًا بحثية مماثلة على نطاق واسع في دول مثل اليابان وأستراليا وكندا والصين وكوريا الجنوبية وإسرائيل. لقد بدأ عصر جديد من علم الأعصاب.



حلم مستحيل؟

بعد عقد من الزمان ، أوشك مشروع الولايات المتحدة على الانتهاء ، ويواجه مشروع الاتحاد الأوروبي موعده النهائي لبناء عقل رقمي. اذا، كيف جرئ الامر؟ هل بدأنا في كشف أسرار الدماغ البشري؟ أم أننا أنفقنا عقدًا من الزمان ومليارات الدولارات في السعي وراء رؤية لا تزال بعيدة المنال أكثر من أي وقت مضى؟

منذ البداية ، كان لكلا المشروعين نقاد.

قلق علماء الاتحاد الأوروبي بشأن تكاليف مخطط ماركرام واعتقدوا أنه سيضغط على أبحاث علم الأعصاب الأخرى. وحتى في الاجتماع الأصلي لعام 2011 الذي قدم فيه يوست وتشيرتش رؤيتهما الطموحة ، جادل العديد من زملائهم أنه ببساطة لم يكن من الممكن رسم خريطة لعمليات الإطلاق المعقدة لمليارات الخلايا العصبية البشرية. قال آخرون إنه كان ممكنًا ولكنه سيكلف الكثير من المال ويولد بيانات أكثر مما يعرف الباحثون ماذا يفعلون به.

في مقال عنيف ظهر في مجلة Scientific American في عام 2013 ، بارثا ميترا ، عالمة الأعصاب في مختبر كولد سبرينغ هاربور ، حذر من الوفرة اللاعقلانية خلف خريطة نشاط الدماغ وتساءل عما إذا كان هدفها العام ذا مغزى.

تتبع كوفيد على الايفون
علماء الأعصاب يعترضون على مشروع الدماغ البشري في أوروبا يصف النقاد التركيز على عمليات المحاكاة الحاسوبية واسعة النطاق في مشروع الدماغ بالاتحاد الأوروبي بأنه سابق لأوانه.

وقال إنه حتى لو كان من الممكن تسجيل جميع النبضات من جميع الخلايا العصبية في وقت واحد ، فإن الدماغ لا يوجد بمعزل عن غيره: من أجل توصيل النقاط بشكل صحيح ، ستحتاج إلى تسجيل المنبهات الخارجية التي يتعرض لها الدماغ في وقت واحد. ، وكذلك سلوك الكائن الحي. وقد استنتج أننا بحاجة إلى فهم الدماغ على المستوى العياني قبل محاولة فك شفرة ما تعنيه عمليات إطلاق الخلايا العصبية الفردية.

كان لدى آخرين مخاوف بشأن تأثير السيطرة المركزية على هذه المجالات. قلقت كورنيليا بارجمان ، عالمة الأعصاب في جامعة روكفلر ، من أن يؤدي ذلك إلى مزاحمة الأبحاث التي يقودها باحثون فرديون. (سرعان ما تم اختيار Bargmann للمشاركة في قيادة مجموعة عمل مبادرة BRAIN.)

لا توجد نظرية واحدة متفق عليها حول كيفية عمل الدماغ ، ولم يتفق جميع العاملين في هذا المجال على أن بناء دماغ محاكى هو أفضل طريقة لدراسته.

بينما سعت مبادرة الولايات المتحدة إلى الحصول على مدخلات من العلماء لتوجيه اتجاهها ، كان مشروع الاتحاد الأوروبي بلا ريب أكثر تنازليًا ، مع ماركرام على رأسه. لكن كما وثق نوح هاتون في فيلمه لعام 2020 في سيليكو ، خطط ماركرام الكبرى سرعان ما انهارت. كطالب جامعي يدرس علم الأعصاب ، تم تكليف هوتون بقراءة أوراق ماركرام وقد أعجب بمقترحه لمحاكاة الدماغ البشري ؛ عندما بدأ في صناعة الأفلام الوثائقية ، قرر تأريخ هذا الجهد. ومع ذلك ، سرعان ما أدرك أن مشروع المليار دولار تميز بالاقتتال الداخلي وتغيير الأهداف أكثر من تميزه بالعلم الخارق.

في سيليكو يظهر ماركرام كقائد كاريزمي يحتاج إلى تقديم ادعاءات جريئة حول مستقبل علم الأعصاب لجذب التمويل لتنفيذ رؤيته الخاصة. لكن المشروع كان مضطربًا منذ البداية بسبب مشكلة كبيرة: لا توجد نظرية واحدة متفق عليها حول كيفية عمل الدماغ ، ولم يتفق الجميع في هذا المجال على أن بناء دماغ محاكى هو أفضل طريقة لدراسته. لم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى ظهرت هذه الاختلافات في مشروع الاتحاد الأوروبي.

في عام 2014 ، كتب مئات الخبراء في جميع أنحاء أوروبا خطابًا يشير إلى مخاوف بشأن الرقابة وآليات التمويل والشفافية في مشروع الدماغ البشري . شعر العلماء أن هدف ماركرام سابق لأوانه وضيق جدًا وسيستبعد تمويل الباحثين الذين سعوا إلى طرق أخرى لدراسة الدماغ.

ما أدهشني هو ، إذا كان ناجحًا وقام بتشغيله وعمل الدماغ المحاكى ، فماذا تعلمت؟ أخبرني تيري سيجنوفسكي ، عالم الأعصاب الحسابي في معهد سالك الذي عمل في اللجنة الاستشارية لمبادرة برين. المحاكاة معقدة مثل الدماغ.

صوّت مجلس إدارة Human Brain Project على تغيير تنظيمه وقيادته في أوائل عام 2015 ، ليحل محل اللجنة التنفيذية المكونة من ثلاثة أعضاء بقيادة Markram بمجلس إداري مؤلف من 22 عضوًا. تم تعيين كريستوف إبيل ، وهو رجل أعمال سويسري لديه خلفية في دبلوماسية العلوم ، مديرا تنفيذيا. عندما توليت المسؤولية ، كان المشروع في مرحلة أزمة ، كما يقول. كان الناس يتساءلون بصراحة عما إذا كان المشروع سيمضي قدمًا.

لكن بعد بضع سنوات ، خرج أيضًا ، بعد خلاف استراتيجي مع المؤسسة المضيفة للمشروع. يركز المشروع الآن على توفير بنية تحتية بحثية حاسوبية جديدة لمساعدة علماء الأعصاب على تخزين ومعالجة وتحليل كميات كبيرة من البيانات - كان جمع البيانات غير المنتظم يمثل مشكلة في هذا المجال - وتطوير أطالس ثلاثية الأبعاد للدماغ وبرامج لإنشاء عمليات المحاكاة.

في غضون ذلك ، خضعت مبادرة 'برين' الأمريكية لتغييراتها الخاصة. في وقت مبكر ، في عام 2014 ، استجابةً لمخاوف العلماء والاعتراف بحدود ما كان ممكنًا ، تطورت إلى شيء أكثر واقعية ، مع التركيز على تطوير تقنيات لاستكشاف الدماغ.

يوم جديد

بدأت هذه التغييرات أخيرًا في الحصول على نتائج - حتى لو لم تكن تلك التي تصورها مؤسسو كل من مشاريع الدماغ الكبيرة في الأصل.

توقعات 2020 إلى 2030

في العام الماضي ، أصدر مشروع الدماغ البشري a خريطة رقمية ثلاثية الأبعاد تدمج جوانب مختلفة من تنظيم الدماغ البشري على مستوى المليمتر والميكرومتر. إنه في الأساس برنامج Google Earth للعقل.

أطلس مفصل ثلاثي الأبعاد لدماغ بشري صور العلماء تشريح دماغ بشري كامل بدقة غير مسبوقة.

وفي وقت سابق من هذا العام ، أفاد Alipasha Vaziri ، عالم الأعصاب بتمويل من مبادرة BRAIN ، وفريقه في جامعة Rockefeller في ورقة ما قبل الطباعة أنهم سجلوا في وقت واحد نشاط أكثر من مليون خلية عصبية عبر قشرة الفأر. إنه أكبر تسجيل للنشاط القشري للحيوان حتى الآن ، وإن كان بعيدًا عن الاستماع إلى جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 86 مليارًا في الدماغ البشري كما تأمل خريطة نشاط الدماغ الأصلية.

أظهرت جهود الولايات المتحدة أيضًا بعض التقدم في محاولتها بناء أدوات جديدة لدراسة الدماغ. لقد سرعت من تطوير علم البصريات الوراثي ، وهو نهج يستخدم الضوء للتحكم في الخلايا العصبية ، وقد أدى تمويله إلى أقطاب سيليكون جديدة عالية الكثافة قادرة على التسجيل من مئات الخلايا العصبية في وقت واحد. ويمكن القول إنه عجل في تطوير التسلسل أحادي الخلية. في سبتمبر ، سينشر الباحثون الذين يستخدمون هذه التطورات تصنيفًا مفصلاً لأنواع الخلايا في الفئران والقشرة الحركية البشرية - وهو أكبر ناتج منفرد من مبادرة BRAIN حتى الآن.

في حين أن هذه كلها خطوات مهمة إلى الأمام ، إلا أنها بعيدة كل البعد عن الطموحات الكبرى الأولية.

هل اخترقت روسيا الانتخابات لنا

إرث دائم

نحن الآن نتجه إلى المرحلة الأخيرة من هذه المشاريع - ستنتهي جهود الاتحاد الأوروبي في عام 2023 ، بينما من المتوقع أن تحصل مبادرة الولايات المتحدة على تمويل حتى عام 2026. ما سيحدث في هذه السنوات القادمة سيحدد مدى تأثيرها على مجال علم الأعصاب.

عندما سألت إبيل عما يراه أكبر إنجاز لمشروع الدماغ البشري ، لم يذكر أي إنجاز علمي. بدلا من ذلك ، أشار إلى إيبرينز ، منصة تم إطلاقها في أبريل من هذا العام لمساعدة علماء الأعصاب على العمل مع البيانات العصبية وأداء النمذجة ومحاكاة وظائف الدماغ. يوفر للباحثين مجموعة واسعة من البيانات ويربط العديد من مرافق المختبرات الأوروبية الأكثر تقدمًا ومراكز الحوسبة الفائقة والعيادات ومراكز التكنولوجيا في نظام واحد.

قال إبيل إذا سألتني 'هل أنت سعيد بما حدث؟' هل أدى إلى الاختراقات التي توقعها البعض فيما يتعلق باكتساب فهم جديد تمامًا للدماغ؟ ربما لا.

تقول كاترين أمونتس ، عالمة الأعصاب بجامعة دوسلدورف ، والتي كانت مديرة البحث العلمي في مشروع الدماغ البشري منذ عام 2016 ، إنه بينما لم يتحقق حلم ماركرام بمحاكاة الدماغ البشري بعد ، إلا أنه يقترب. ستستخدم السنوات الثلاث الماضية لإجراء مثل هذه المحاكاة ، كما تقول. لكنه لن يكون نموذجًا كبيرًا واحدًا - بدلاً من ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى العديد من أساليب المحاكاة لفهم الدماغ بكل تعقيداته.

وفي الوقت نفسه ، قدمت مبادرة BRAIN أكثر من 900 منحة للباحثين حتى الآن ، بلغ مجموعها حوالي 2 مليار دولار. من المتوقع أن تنفق المعاهد الوطنية للصحة ما يقرب من 6 مليارات دولار على المشروع بحلول وقت انتهائه.

بالنسبة للمرحلة الأخيرة من مبادرة الدماغ ، سيحاول العلماء فهم كيفية عمل دوائر الدماغ من خلال رسم تخطيطي للخلايا العصبية المتصلة. لكن الادعاءات بشأن ما يمكن تحقيقه كانت مقيدة بدرجة أكبر بكثير مما كانت عليه في الأيام الأولى للمشروع. يدرك الباحثون الآن أن فهم الدماغ سيكون مهمة مستمرة - إنه ليس شيئًا يمكن الانتهاء منه بحلول الموعد النهائي للمشروع ، حتى لو كان هذا المشروع يلبي أهدافه المحددة.

باستخدام أداة جديدة تمامًا أو مجهر جديد رائع ، ستعرف متى تحصل عليه. إذا كنت تتحدث عن فهم كيفية عمل جزء من الدماغ أو كيف يقوم الدماغ فعليًا بمهمة ، فسيكون من الصعب جدًا معرفة ماهية النجاح ، كما تقول إيف ماردر ، عالمة الأعصاب في جامعة برانديز. والنجاح بالنسبة لشخص ما سيكون مجرد بداية قصة لشخص آخر.

كان يوستي وزملاؤه على حق في أن هناك حاجة إلى أدوات وتقنيات جديدة لدراسة الدماغ بطريقة أكثر وضوحا. الآن ، سيتعين على العلماء معرفة كيفية استخدامها. ولكن بدلاً من الإجابة على سؤال الوعي ، فإن تطوير هذه الأساليب ، إذا كان هناك أي شيء ، فتح المزيد من الأسئلة حول الدماغ - وأظهر مدى تعقيده.

يقول يوستي ، يجب أن أكون صادقًا. كانت لدينا آمال أكبر.

إميلي مولين صحفي مستقل في بيتسبرغ يركز على التكنولوجيا الحيوية.

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به