На пороге открытий

_00_brainВ 21 веке перед учеными всего мира стоит, возможно, самая сложная задача за всю историю существования науки: понять мозг.

Наш век уже окрестили веком наук о мозге и сознании, аналогично тому, как прошлый век называли веком генетики. Задача является невероятно сложной и сверхтрудоемкой.

Мозг человека является сложнейшей системой с очень тонкими настройками, для нормального функционирования которой важен каждый ее элемент, и это не только нейроны и их сети. Мозг обладает еще и множеством вспомогательных элементов: глиальные клетки, осуществляющие питательные и защитные функции для нейронов, сосудистая система, множество нейромедиаторов, различные внеклеточные белки. И любое, даже самое малейшее изменение работы одного из этих компонентов может привести к возникновению и развитию серьезных патологий мозга.

Мозг, как объект исследований, интересует научное сообщество уже много лет. По его изучению было проведено колоссальное количество проектов, еще большее количество находится в активной фазе или на стадии разработки. Их задачи охватывают весь спектр интересов научного сообщества: это и исследования молекулярных механизмов процессов передачи нервных импульсов, и поиск новых терапевтических средств, инструментов, разработка новых методов исследований, диагностики и лечения патологий, разработка карт разной степени разрешения.

За последние годы исследования достигли уровня, на котором уже можно позволить приступить к изучению мозга в действии. Оно охватывает молекулы, клетки, их связи, а также высшую материю — поведение, которое по сути и есть сознание.

В настоящее время на изучение мозга тратятся колоссальные средства по всему миру. В Европе, США, Японии и России запущены национальные инициативы по исследованию мозга и сознания.

В данный момент основным инструментом финансирования научных исследований в Европейском союзе являются Рамочные программы исследований и технологического развития (The Framework Programmes for Research and Technological Development, FP). Эти программы стартовали еще в 1984 году (FP1). С тех пор объем финансирования научных исследований неуклонно рос, и к 2014 году рост составил более чем в 20 раз. На сегодняшний день программа FP8, или „Horizon 2020” предполагает общее финансирование в размере более €80 млрд.

Среди многих исследовательских программ, одобренных Европейским союзом, стоит выделить наиболее значимые и масштабные проекты. Одним из них является программа Blue Brain.

В данном проекте были разработаны принципы построения моделей мозга, которые, доказав свою эффективность, впервые заставили научное сообщество поверить в их прогностический потенциал. Эти принципы легли в основу платформы «Симуляция мозга» проекта The Human Brain Project (HBP), который стартовал в начале октября 2013 года. Глобальной задачей проекта HBP является создание точной модели, которая позволит понять, как работает наш мозг, как мы думаем, принимаем решения, чувствуем, какие процессы лежат в основе памяти человека. Ведь четкое представление о том, как работает полтора килограмма биоматериала у нас в голове, потребляя при этом 20% энергии, вырабатываемой всем организмом, позволит разработать инструменты для лечения нейродегенеративных заболеваний, которыми все больше страдает стареющее человечество.

Окончание проекта запланировано на 2023 год. За это время планируется не только проведение научных исследований, но и активное внедрение полученных результатов в виде методов, новых знаний и новых технологий в жизнь. По словам Генри Маркрама (Henry Markram), профессора, основателя Института мозга и разума, в его рамках ученые намерены воссоздать мозг человека в самых мелких деталях.

В США запущен масштабный исследовательский проект по изучению всех процессов, происходящих в человеческом мозге. Его сравнивают с проектом по расшифровке человеческого генома. Американцы прямо сформулировали: мозг человека — это последняя загадка для науки 21 века. Если понять, как он работает, будут решены многие, недоступные на данный момент, задачи.

Американская инициатива «B.R.A.I.N.» („Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologiеs”) («Изучение мозга путем развития инновационных нейротехнологий») трансформировалась из программы Brain Activity Map («Карта активности мозга»), которая предполагала научиться регистрировать импульсы всех нейронов в мозге животных. Задачи инициативы серьезно расширились и теперь данный проект выглядит еще более амбициозным, чем европейский Human Brain.

«Нам предстоит открыть глубокую тайну, и проект B.R.A.I.N. поможет в этом. Он даст ученым возможность составить в динамике картину деятельности головного мозга и лучше понять, как мы думаем, учимся и запоминаем», — заявил президент США Барак Обама, объявляя о запуске программы.

О запуске инициативы B.R.A.I.N. стало известно в 2013 г. Сроком начала ее реализации был объявлен сентябрь 2014 г. (с этого месяца начинается финансирование большинства проектов). Программа рассчитана на 12 лет.

B.R.A.I.N. предполагает создание атласа клеток головного мозга на основе их полных молекулярных характеристик (ДНК, РНК, белки, простые молекулы), карты их связей друг с другом (коннектом), инструментов для объединения этих данных с информацией о когнитивных функциях. Инициатива также предполагает построение моделей здорового мозга и мозга с различными патологиями, что позволит исследовать причины их возникновения и развития. Все это в том или ином виде присутствует в европейском Проекте Human Brain.

Основное отличие этих двух проектов в том, что европейцы сосредоточились на создании компьютерных моделей, симулирующих работу мозга, а американцы в первую очередь будут разрабатывать новые технологии, инструменты, методы проведения исследований, точечного воздействия на мозг, и только потом приступят к фундаментальным задачам.

В работе над проектом принимают участие пять федеральных агентств: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), Агентство передовых исследований в сфере разведки (IARPA), Национальный институт здравоохранения (NIH), Агентство передовых оборонных разработок (DARPA) и Национальный научный фонд (NSF). Помимо этого, компании GE, Google, GlaxoSmithKline и Inscopix предоставили свою инфраструктуру в качестве своего вклада в B.R.A.I.N., а многие частные фонды, организации и университеты согласились участвовать в финансировании исследований. Суммы, выделяемые на исследования колоссальны, и исчисляются миллиардами долларов.

Совершенно очевидно, что две масштабные программы США и Европейского союза дополняют друг друга. Наличие же точек их пересечения позволяет организовывать совместные международные исследования, что может способствовать созданию удачных исследовательских консорциумов и получению наиболее полной информации об объекте исследования.

В Японии, в июне 2014 года стартовал проект под названием «Картирование мозга с использованием интегрированных нейротехнологий для изучения патологий» (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies), сокращенно — Brain/MINDS.

Программу поддержало Министерство образования, науки и технологии (MEXT). Головной организацией выступил Институт науки о мозге RIKEN (BSI).

Проект направлен на изучение фундаментального вопроса: как работает сознание человека? Инициатива преследует следующие цели: выяснить все функции человеческого мозга; усовершенствовать методы диагностики и лечения его патологий; разработать информационные технологии, основанные на механизмах работы мозга. По некоторым данным, только на начальном этапе проекта финансирование составило около ¥ 7 млрд.

В России исследование мозга, как приоритетное направление в науке, тоже было признано на федеральном уровне. «Дорожная карта» НейроНета была одобрена Советом при Президенте России. Теперь это одно из направлений Национальной технологической инициативы, в бюджет которого заложены довольно серьезные средства. НейроНет — это среда информационного обмена нового поколения, которая станет следующим этапом развития современного интернета (Web 4.0). Взаимодействие участников будет осуществляться с помощью инновационных нейрокомпьютерных интерфейсов, а сами компьютеры станут нейроморфными (похожими на мозг). В будущем технологии, продукты и услуги рынка НейроНета охватят все аспекты жизни и существенно расширят возможности усиления интеллекта человека по аналогии с увеличением физической силы.

Успех программы связан с наличием в России уникальных заделов и научных школ по изучению центральной нервной системы, разработке нейроморфных технологий и математическому моделированию. Кроме того, на российском рынке IT есть конкурентоспособные лидеры (Abbyy, Yandex, Kaspersky, Parallels, Acronics и др.), которые смогут воспользоваться результатами разработок данной программы.

Программа будет сосредоточена на разработке алгоритмов «глубинного обучения» — это ее отличительная особенность от проектов США, Европы и Японии.

Впервые в истории науки исследования в области мозга приобретают настолько колоссальные масштабы, из чего следует, что уже в самом ближайшем будущем мы станем свидетелями появления новых революционных технологий в исследовании этого самого загадочного органа. Несомненно, вышеописанные проекты позволят ответить на многие вопросы, столь долгое время не дававшие покоя человечеству: что есть мозг, что есть сознание, в чем причины их патологий и как с ними бороться.

Различные государства в сотрудничестве с частными компаниями должны принимать активное участие в организации таких проектов: развивать правовые основы использования результатов научных исследований, развивать рынок новых технологий. Только общими усилиями человечество сможет добиться серьезных результатов и обеспечить себе светлое здоровое будущее. 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *