Drømmen Eksperiment

Hvordan en Periodisk Tabell Hjerner Kan Revolusjonere Nevrovitenskap

Illustrasjon: Jim Cooke Ryan F. Mandelbaum10 minutter agoFiled til: brainsFiled til: hjernen

• hjernen
• nevrovitenskap
• vitenskap

Lagre

• Redigere
• Embiggen
• Send til Redaksjonen
• Fremme
• Dele for å Kinja
• Flytte annonsetidspunkter
• Endring i artikkelen video
• Gå til permalink

Drømmen ExperimentThis Gizmodo-serien spør forskere å forestille seg sin perfekte eksperiment, ubegrenset med ressurser, tid, eller de nåværende begrensningene av teknologi.

Mellom ørene sitter kanskje den mest kompliserte del av biologiske maskiner på planeten: en alt-i-ett-maskinen, simulator, og etableringen enhet som opererer ut fra en squishy, kastet grå masse. Og forskerne er ikke helt sikker på hvordan det fungerer.

Gül Dölen, assisterende professor i nevrovitenskap ved Hjernen Vitenskap Instituttet ved Johns Hopkins, mener at nevrologer kanskje må ta et skritt tilbake for å bedre forstå dette organet, som utviklet seg i ulike former i nesten alle arter av dyr på Jorden. Kutting noen hjerner fra hverandre eller å ta et par MRIs ikke være nok til å komme til bunns i hvordan disse organene fungerer. I stedet, det kan kreve en komparativ tilnærming; den mest avanserte katalog som noensinne er laget. Dölen, som nylig skapte overskrifter for sitt arbeid for å gi MDMA å blekkspruter, ville elske å se nevrologer band sammen for å lage en periodisk tabell over hjernen. Og ikke bare den menneskelige hjernen, men alle hjerner.

Hun forklarte sin ambisiøse eksperiment idé til Gizmodo:

“Den periodiske tabell over elementene er bemerkelsesverdig. Når jeg ser på det, jeg er overrasket og overveldet over igjen! Tenk på det: Bare ved å vite antall elektroner i det ytre skallet av et atom, kan du utlede fysiske egenskapene til elementet, som er det en gass eller en metall, og hva er mer, kan du bruke denne informasjonen til å gjøre spådommer om ukjente egenskaper til elementene, og til og med forutsi eksistensen av elementer som ennå ikke er funnet på Jorden. Å ha den periodiske tabellen ikke løse alle oppgaver i kjemi, men det er absolutt gir oss den ytre grensen av det puslespillet. I nevrovitenskap vi ikke har noe sånt.”

Dölen sammenlignet med dagens nevrovitenskap til “et sted mellom den gamle greske’ s anerkjennelse av fire elementer og den middelalderske alkymistene prøver å endre bly til gull.”

Liker lyd overdrivelse? Vel, tenk deg at nevrologer kan ikke engang er enige om hjernens mest grunnleggende informasjon-bærer enhet. Kanskje det er den gjennomsnittlige elektriske felt, eller kanskje det er handling potensialer—elektrisk utgang for enkelt hjerneceller, eller nerveceller. Kanskje det er den kombinerte elektriske aktivitet som nevroner samler inn fra andre nevroner, som de bruker for å bestemme om å skyte eller ikke. Eller kanskje sin kjemikalier inne i cellene. Alle disse ideene krever forskjellige typer måling, som blod-flow monitoring fMRI maskiner, action potensial-oppdage elektroder, spenning sensorer for måling av den elektriske aktiviteten før en nevron branner, og protein-oppdage-systemer. Så er det blomstrende feltet av genetikk, som også bidrar til å bestemme hvordan hjernen kan fungere.

Men kanskje hver av disse ulike målinger er bare en del av mange egenskaper som hjernen har som må være kategorisert. De er tilsvarende egenskaper, for eksempel om et element er en solid eller gass ved romtemperatur, hvor mye energi atom behov for å miste et elektron, dens radius, atomvekt, og konfigurasjonen av elektroner. Men det er mange typer av hjernen ut det. “Akkurat nå er vårt fokus på bare 5 arter (mennesker, mus, fisk, fluer og ormer) virkelig begrenser vår evne til å se mønstre,” sa hun. “Det er som om du prøver å finne ut av organiseringen av den periodiske tabellen ved å bare se på hydrogen, karbon, helium, oksygen og gull.”

Forsøk på å lage generelle regler for hvordan visse hjernen egenskaper kan forutsi intelligens ofte falle fra hverandre, Dölen forklart. Vi trodde at hjernen størrelse kan forutsi intelligens—men spermhval har mye større hjerner enn mennesker. Så, vi trodde forholdet mellom hjernestørrelse å kroppsvekt ville forutsi intelligens—men treet shrews ha en større størrelse-til-vekt-forhold enn mennesker. Hun påpekte at det massive datasett har tillatt forskere å lage en mer nøyaktig bilde. For eksempel:

“Suzanna Herculano-houzel introduksjon og nedlastning er lab faktisk utviklet en systematisk metode for å telle nevroner over 500 arter i alle livets tre. Hva de har funnet ut er at, stort sett, antall nevroner skalaer med ‘intelligens’, og som på tvers av ulike evolusjonære linjer, størrelsen av hjernen som er knyttet enten til størrelsen av nevroner eller til antall nevroner. Så, for eksempel, er å sammenligne den menneskelige hjernen til andre primater, som hjernen blir større, antall nevroner øker. Men for gnagere som mus og rotter, som hjernen blir større, størrelsen av nevroner blir større. Denne enorme datasett som også tillater dem å se på relasjoner mellom nevron antall og intelligens, lang levetid, senilitet, sosial omgang, etc.”

Dölen sammenlignet denne innsikten til komparative tilnærminger bak den periodiske tabell—når du finner den rette mønstre og linje opp alt, bordet i seg selv kan gjøre forutsigelser. Det var kanskje den periodiske tabellen er mest dyptgripende bruk: Ved ganske enkelt å arrangere atomer i et bestemt måte basert på deres egenskaper, kjemiker Dmitri Mendeleev var i stand til å nøyaktig forutsi eksistens og egenskaper av tre uoppdagede elementer basert på hullene i sitt bord. Dölen håp om en massiv katalog av egenskaper som mange hjerner fra så mange arter som mulig, ordnet i noen forhåndsbestemt rekkefølge, vil avsløre revolusjonerende innsikt om hvordan hjernen fungerer.

Til slutt, vår forståelse av hjernen er begrenset av vår egen menneskelighet. “Fordi vi kan bygge mobiltelefoner, men mus kan ikke, vi definerer mus som mindre intelligent,” sa Dölen. “Men, i forhold til mus, mennesker er idioter når det kommer til å lukte intelligence (faktisk mus har ca 2000 ekstra gener for å oppdage lukten i forhold til mennesker). På samme måte, mantis reker har 14 fotoreseptorer i forhold til våre tre, og så er sannsynlig å ha mye større visuell ‘intelligens’ enn vi gjør.”

Kanskje det er ting som mennesker ikke alltid forbinder med kløkt, som sosialiserings, som faktisk fører til etterretning slik vi forstår det. Og kanskje vil det ta fôr alle disse hjerner opp og ser etter mønstre for å gjøre universelle regler om hvordan de fungerer.

Et slikt prosjekt vil være en stor oppgave, som krever nevrologer rundt om i verden til å ta et standardisert tilnærming til måling av så mange detaljer som mulig fra så mange hoder som mulig. Bortsett fra masse organisasjonen og den utrolige mengden av grynt arbeid, vi har mange av de nødvendige teknikker allerede—men, sa Dölen, forskere kanskje ikke engang vet hva målinger er viktige for å skape en slik tabell. Kanskje ny innsikt fra å lage katalogen vil føre til nye måleteknikker for mer spesifikke nevrale egenskaper. Kanskje forskere kan også bruke genteknologi til å genetisk modifisere hjerner for å teste ut hypoteser som oppstår fra bordet.

Og i en ideell verden, bordet ville også inkludere fremmede hjerner til å se akkurat hvordan universell disse reglene kan få, sa Dölen.

Hvis det virkelig er universelle regler veiledende hvordan hjernen utvikler og funksjon, det vil ta mer enn noen få målinger av menneskelige hjerner til å regne dem ut. Det vil ta den største tabell noensinne samlet. Virkningen kan være ekstraordinære, fra revolusjonerer kunstig INTELLIGENS for å avhjelpe hjernen sykdommer. “Hvis vi hadde regler, jeg kan ikke engang forestille meg hvilke spill vi ville være i stand til å spille,” sa Dölen.

Deler Denne Historien