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10 Herausforderungen für Neurowissenschaftler des 21. Jahrhunderts

10 Herausforderungen für Neurowissenschaftler des 21. Jahrhunderts - Dummies

Dies ist eine aufregende Zeit, ein Neurowissenschaftler zu sein. Neue Werkzeuge zum Verständnis des menschlichen Gehirns und wie es Menschen zu dem macht, was sie sind, sind verfügbar geworden. Es sind jedoch mehr Werkzeuge erforderlich, da das Gehirn die komplexeste Struktur im bekannten Universum ist.

Die meisten neurowissenschaftlichen Forschungen haben zwei Hauptziele:

  • Das Gehirn um seiner selbst willen verstehen, um uns selbst zu verstehen und dieses Verständnis zu nutzen, um das Leben besser zu machen

  • Fixieren von gebrochenen Gehirnen - das heißt Erkrankungen des Nervensystems wie Alzheimer und Parkinson sowie psychischen Erkrankungen wie Depression, Schizophrenie und Sucht

Das Gehirn zu verstehen ist eine immense Herausforderung, denn seiner Komplexität - fast 100 Milliarden Neuronen bilden in der Größenordnung von einer Billiarde (10, 000 Milliarden) Synapsen. Die besten Computerchips der Welt haben jetzt in der Größenordnung von einigen Milliarden sehr einfache Transistoren. Wissenschaftler können kein menschliches Gehirn auf irgendeinem Computer simulieren, der jetzt oder für mehrere Jahrzehnte existiert.

Neurowissenschaftler benötigen mindestens fünf Durchbrüche, nur um normale Gehirne zu verstehen:

  • Sie müssen in der Lage sein, die Spiking-Aktivität von viel mehr Neuronen aufzuzeichnen, als dies jetzt möglich ist (derzeit einige Tausend, höchstens , in isoliertem tierischem Nervengewebe).

  • Sie müssen die genauen Verbindungen von Neuronen auf lokaler Ebene und auf Gehirnskala (manchmal als Connectome bezeichnet) verstehen.

  • Sie müssen entschlüsseln, wie die komplexen Zündmuster von neuralen Spike-Zügen Informationen darstellen und wie diese Informationen von anderen Neuronen verarbeitet werden.

  • Sie müssen verstehen, wie etwa 20.000 aktive Gene eine funktionelle Struktur mit 100 Milliarden Neuronen und einer Billiarde Synapsen spezifizieren können.

  • Sie müssen die Algorithmen bestimmen, mit denen sich neuronale Synapsen beim Lernen und Bilden von Erinnerungen verändern.

Die Fixierung von gebrochenen Gehirnen erfordert weitere fünf Durchbrüche:

  • Sie müssen die genetischen Defekte verstehen, die allen vererbten Funktionsstörungen des Nervensystems zugrunde liegen, vom Down-Syndrom bis zur Parkinson-Krankheit.

  • Sie müssen bessere Gewebemodelle für dysfunktionale Nervensysteme entwickeln, um die pharmakologische Sanierung zu testen.

  • Sie müssen herausfinden, wie Umweltauslöser Dysfunktionen wie Depressionen hervorrufen können und wie einige von ihnen durch die Epigenetik (die umweltbedingte Veränderung des genetischen Ausdrucks) über Generationen hinweg übertragen werden.

  • Sie müssen herausfinden, wie sich das Nervensystem nach traumatischen Verletzungen selbst reparieren kann.

  • Sie müssen verstehen, wie man menschliche Gehirne effizient an Computer für Prothesen und zukünftige funktionelle Verbesserungen koppelt.