Prilog u povodu Svjetskog tjedna mozga
Svjetski tjedan mozga (Brain Awareness Week) utemeljen je da globalno probudi zanimanje javnosti za postignuća i koristi koje donosi istraživanje mozga. Očekuje se sudionici projekta u svojoj sredini osmisle program koje će
- inspirirati budući naraštaj znanstvenika
- pridonijeti razumijevanju temeljnih funkcija mozga
- unaprijediti narodno zdravlje širenjem znanja o neorološkim poremećajima te
- povećati potporu biomedicinskim istraživanjima povezivanjem s dobrobiti narodnog zdravlja.
U Hrvatskoj se Svjetski tjedan mozga obilježava već desetu godinu. Pridružujući se tom međunarodnom projektu, evo što nam je na postavljena pitanja odgovorio jedan od danas vodećih svjetskih istraživača mozga, neurobiolog dr.sc. Dobriša Thomas Mršić-Flögel.
Naš sugovornik, dr.sc. Dobriša Thomas Mršić Flögel, do šesnaeste bio je godine učenik Klasične gimnazije (i Funkcionalne muzičke škole) u Zagrebu, maturirao je u Velikoj Britaniji i zatim studirao biologiju i doktorirao na Sveučilištu u Oxfordu. Postdoktorski studij nastavio je kao Humboldtov stipendist na Max Planck Institutu za neurobiologiju u Münchenu da bi kao Wellcome Trust Fellow nastavio samostalna istraživanja i nastavnički rad na University College-u u Londonu. U svojoj struci objavio je brojna znanstvena priopćenja uključujući 25 radova u najrenomiranijim znanstvenim časopisima (Faktor odjeka, IF 13,47 do 28,75). U međuvremenu njegova istraživanja privlače golemu pozornost i često je pozivan diljem svijeta da održi predavanja o svojim rezultatima i o novoj tehnologiji koju primijenjuje u istraživanju mozga.
Što su ključna pitanja u suvremenom istraživanju mozga i čime su vaši radovi izazvali svjetsku pozornost?
Svjetsku pozornost sve snažnije privlači novo područje neuroznanosti poznato kao „konektomika“(„connectomics“). Paralelno s genomikom, koja mapira naš genetički ustroj, „konektomika“ nastoji mapirati poveznice u mozgu, poznatije kao sinapse. Mapiranjem tih veza i otkrivanjem strujnih putova, kojima mozgom kruži informacija, nadamo se da ćemo razumjeti tijek percepcije i put od poticaja do reakcija i svijesnih misli, te kako se te funkcije mozga poremete u bolestima kao što su šizofrenija, Alzheimerova bolest ili moždani udar.
Mapiranje moždanih veza nije nimalo trivijalna zadaća. Kapacitet neokorteksa da procesuira osjetne poticaje temelji se na interakcijama različitih tipova stanica u namjenskim umreženjima milijuna neurona putem trilijuna sinaptičkih veza. Procijenjuje se da u mozgu postoji oko 100 miljarda živčanih stanica od kojih je svaka povezana s tisućama drugih nervnih stanica čineći tako približno 150 trilijuna sinapsa. Osobno vodim tim istraživača koji pokušava razumjeti ustroj i smisao te složenosti.
Koji su vodeći istraživački centri za mozak u svijetu i koliko je neuroznanstvenika uključeno u ta istraživanja?
U Europi se najznačajniji centri nalaze u Britaniji (University College London), Njemačkoj (nekoliko Max Planck Instituta) i Švicarskoj (Basel, Zürrich, Lausanne). Osim Harvarda i MIT-a kao voditelje svjetskih pothvata u instraživanju moždane mikrostrukture i funkcija u Americi treba posebno istaknuti nove institute Janelia Farm (Howard Hughes fondacija) i Allen Brain Insitute (utemeljitelj Paul Allen, suosnivač Microsofta). Valja spomenuti i Kinu (Institute of Neurosciences, Šangaj), kao rastuću svjetsku silu u neurobiologiji. U svijetu postoji sigurno više of pedeset tisuća neuroznanstvenika.
Koliko se investira u istraživanja mozga i neurobilogije u odnosu na druga područja humane biologije?
Neuroznanost je grana znanosti u koju se u novije vrijeme sve više investira Danas godišnja potpora istraživanju mozga iznosi otprilike 5 milijardi dolara. Povod za sve intenzivniji studij mozga nije samo želja da se dođe do spoznaja, ključnih za razumijevanje kako u mozgu nastaju naše misli, emocije, memorija i svijest, nego i potreba da se stekne znanje koje će pomoći da shvatimo uzroke moždanih bolesti i razvijemo prikladne terapije za patološke pojave kao što su Alzeimerova i Parkinsonova bolest ili epilepsija. U svijetu, u kojem je sve više starijih ljudi, osobito je važno poticati neuroznanstvena istraživanja koja nastoje otkriti razloge zašto ljudski mozak s godinama sve teže pamti i zašto se u starosti degradira. To znanje je nužno želimo li produženjem dobi zadržati i funkcionalnost.
Usprkos financijskoj krizi London priprema osnutak velikog istraživačkog centra za mozak u dogovoru s drugim, posebice europskim istraživačkim središtima. S druge strane nedavno sam bio pozvan i prihvatio da u Baselu osnujem posebni neurobiološki odjel kojim Švicarska želi proširiti svoj udio u rješavanju vitalnih pitanja na području istraživanja mozga.
Na koji specifičan način vaše istraživanje razaznaje kako funkcionira nervna komunikacija u mozgu?
Prvo treba razumjeti kako funkcionira svaki pojedini neuron i pronaći s kojim se drugim nervnim stanicama povezuje. Kad budemo mogli naći način mapiranja veza među nervnim stanicama određenih funkcija, tada ćemo biti u stanju izgraditi kompjutorski model da objasnimo kako kompleksna dinamika neuronske mreže generira misli, osjećaje i pokrete.
Nervne stanice u zaličitim područjima mozga obavljaju različite funkcije. Moj laboratorij usredotočen je na vizualni korteks koji procesuira informaciju registriranu okom. Primjerice neki neuroni u tom polju mozga specijaliziraju se za otkrivanje rubova slika, poneki će se aktivirati nakon uočenog horizontalnog ruba, dok će se drugi aktivirati detekcijom vertikalnog ruba. Na višem stupnju u vizualnoj hijerarhiji pojedini neuroni odgovaraju na vizualno kompleksnije zasebnosti kao što su primjerice lica. Lezije tih područja mozga onemogućuju ljude da prepoznaju lice, iako mogu razaznati pojedinosti kao što su oči, ili nos. To je opisao sjajno Oliver Sachs u proslavljenoj knjizi „Čovjek koji je zamijenio ženu šeširom“ (The Man Who Mistook Wife for a Hat)
Nedavno je u časopisu 'Nature' objavljen rad mog istraživačkog tima na UCL-u, gdje je opisana tehnika razvijena na miševima, a koja omogućuje povezivanje informacije o funkciji neurona s pojedinostima njihovih sinaptičkih veza. Taj rad je izazvao golemo zanimanje svih znanstvenika koji su uključeni u istraživanje funkcionalnosti mozga.
Usmjerili smo pozornost na vizualni korteks mišjeg mozga koji sadrži tisuće neurona i milijune različitih veza. Uporabom visokorazlučnog snimanja uspjeli smo otkriti koji od tih neurona odgovaruju na pojedine zasebne podražaje, primjerice na promjenu samo u horizontalnom rubu vidokruga.
Zatim je moj tim na uzorku istog tkiva primijenio male struje na podskup neurona da prepoznamo druge neurone koji će odgovoriti na poticaj i tako saznamo koji su od njih sinaptički povezani. Višekratnim opetovanjem te tehnike uspjeli smo pratiti funkciju i povezanost stotina nervnih stanica u vizualnom korteksu.
Taj studij je razriješio raspravu o tome da li su lokalne veze među neuronim slučajne – drugim riječima da li se nervne stanice povezuju sporadično, neovisno o funkciji, ili su uređene, primjerice ograničene svojstvima neurona u smislu kako reagiraju na pojedini stimulans. Moj tim je pokazao da su neuroni koji su vrlo slično reagirali na vizualni poticaj, primjerice oni koji su odgovorili na rubove jednake orijentacije, mnogo skloniji međusobnom povezivanju od onih neurona, koji preferiraju drugačije orijentacije.
Kakve mogućnosti nudi moderna tehnologija u istraživanju mozga i koja su središnja pitanja na koja današnja neuroznanost traži i očekuje odgovore?
Moderna tehnologija je ključna za svaki napredak u znanosti, a pogotovo u neuroznanosti. Mnogi laboratoriji diljem svijeta koriste najnoviju elektronsku mikroskopiju i genetički pristup da trasiraju neuronske veze (i dolaze do komplementarnih rezultata). Moj laboratorij privukao je pozornost jer je izumio novi pristup koji omogućava trasiranje sinaptičkih veza među neuronima određene funkcije pomoću kombinacije visokorazlučne laserske mikroskopije, modernih metoda procesuiranja slika i elektrofizioloških metoda.
Kako se rezultati vaših istraživanja mogu iskoristiti za opće razumijevanje mozga?
Uporabom naše nove tehnike i suradnjom sa svjetskim istraživačkim centrima nadamo se generiranju dijagrama umreženih sudionika u zasebnim područjima mozga, od kojih svaki ima svoju posebnu ulogu i zadaću. Započeli smo s vizualnim korteksom. To je znanje važno za prepoznavanje prijenosa poticaja i razumijevanje raspoloživih putova komunikacije kojima se neuroni aktivno uključuju u odgovarajuće visoko složene struje. Ista tehnika omogućit će istraživanja funkcionalnog strujnog umreženja regija vezanih uz dodir, sluh i pokret.
Znanstvenici razvijaju mnoge nove metoda očekujući da će njihovom primjenom u budućnosti biti sposobni razmrsiti složenost mozga. Jednom kad budemo razumjeli funkciju i povezljivost nervnih stanica koje se protežu kroz različite slojeve mozga, moći ćemo razvijati računalnu simulaciju funkcioniranja tog zapanjućeg organa.
Dakako, dosegu tih ciljeva prethodit će još mnogo godina zajednički uigranih napora znanstvenika i masivna moć računalnog procesuiranja.