Leta 1969 je skupina vizionarjev znanstvenikov prepoznala potrebo po centralni organizaciji, namenjeni napredovanju razumevanja živčnih sistemov, spodbujanju izobraževanja na področju nevroznanosti in deljenju raziskovalnih rezultatov s širšo javnostjo. Ta uvid je označil rojstvo Society for Neuroscience (SfN), ključnega igralca na tem področju v zadnjih 50 letih. Med tem časom so člani SfN pomembno prispevali k napredku nevroznanosti in spodbujanju tehnoloških dosežkov, ki so obogatili naše razumevanje zdravega in patološkega živčnega sistema.
Celična in Molekularna Nevroznanost
V zadnjih petdesetih letih smo bili priča monumentalnim napredkom pri razumevanju celičnih in molekularnih procesov, ki stojijo za človekovimi mislimi, željami in dejanji. Ta napredek so omogočila prelomna orodja, kot so elektrofiziologija s pipeto za celice, PCR in gensko sekvenciranje. Ta orodja so odklenila doslej neizkoriščene eksperimentalne možnosti in ustvarila nova vprašanja: Kako sodelujejo milijarde komponent v možganih pri oblikovanju vedenja? Kako spremembe v možganih vodijo v bolezen? Kaj loči človeške možgane od drugih?
Naslednja desetletja obetajo še večje premike pri naših metodah in konceptualnem soglasju. Pobude, kot sta BRAIN Initiative v ZDA in Human Brain Project v Evropi, med drugim financirata razvoj inovativnih nevrotehnologij za raziskovanje kompleksnosti možganov. Napredek v enocelični transkriptomiki/proteomiki, optogenetiki, kemogenetiki in molekularni slikovni diagnostiki revolucionira našo sposobnost razumevanja vlog specifičnih celičnih tipov pri zdravju in bolezni ter razlikovanje človeških možganov od drugih. Ta orodja bodo spremenila način, kako preiskujemo in opredeljujemo različne populacije celic.
Poleg tega napredek na področju mikroskopije omogoča natančnejšo študijo sprememb v molekularni sestavi, ki jih povzročajo bolezni, in je v naslednjih 50 letih pričakovati vizualizacijo subcelularnih mehanizmov z doslej neizkoriščeno ločljivostjo, kar bo razkrilo medsebojno delovanje sprememb na transkripcijski, molekularni in strukturni ravni.
Razvojna Nevroznanost
Področje razvojne nevroznanosti je pripravljeno razjasniti, kako notranji in zunanji dejavniki oblikujejo poti posameznih nevronov, vezij in možganov, kar vpliva na tveganje za bolezni in vedenje. Transkripcijski značaj nevronov bo osrednji kamen za razumevanje, kako se določajo usoda celic, migracijske poti in povezave. Razvoj popolnega genomskega sekvenciranja za kartiranje celičnih poti bo omogočil ključen vpogled v razpršitev celic med različnimi vrstami. Poleg tega bodo rasti možganskih organoidov, ki simulirajo razvoj človeških možganov, omogočile eksperimente za dešifriranje vlog specifičnih celic in procesov v najzgodnejših fazah človeškega razvoja.
Razprava o nevronski obnovi pri odraslih, ki je vroča tema že pet desetletij, bo v naslednjih 50 letih verjetno rešena, saj bodo nove tehnologije omogočile dokončno označevanje novih nevronov v živo pri sesalcih. Ti napredki bodo omogočili globlje vpoglede v kompleksne mehanizme kortikalnega razvoja pri primatih.
Možganski organoidi, ki so zdaj v otroštvu, bodo raziskovalcem omogočili raziskovanje vpliva genetike, starosti in okolja na delovanje možganov in bolezni. Ti modeli mini možganov bi lahko postali standardna orodja za testiranje farmacevtskih izdelkov in preizkušanje učinkovitosti tehnik urejanja genov.
Od sistemov do vedenja
V preteklosti se je nevroznanost večinoma osredotočala na razumevanje delovanja možganov z analizo posameznih komponent. Prihodnost nevroznanosti pa se bo osredotočila na študije, kako različne regije in vezja v možganih sodelujejo za oblikovanje vedenja. Vprašanja, kot so interakcije med vezji za nadzor gibanja, senzorično obdelavo in odločanjem, bodo postala prednostna naloga raziskovalcev.
Uporaba elektrod za snemanje aktivnosti celih možganov v realnem času bo spremenila način raziskovanja. Navidezna resničnost, analize na podlagi modela in pristopi umetne inteligence se bodo kombinirali z novimi metodami snemanja in manipulacije, kar bo omogočilo raziskovanje, kako se več senzoričnih vhodov integrira in preoblikuje v vedenjski izhod, kot sta dejanje, mišljenje in odločanje.
Zebrafish in Caenorhabditis elegans bodo ključni živalski modeli za razumevanje delovanja več funkcionalnih vezij hkrati. Več kot bomo vzorčili nevrone z gostimi elektrodami ali slikovnimi metodami, bolj pomembno bo razumeti, kaj vse nevroni kodirajo, ne samo tisti, ki se odzivajo na naloge ali podpirajo specifične hipoteze. Statistične in računske metode, kot so strojno učenje, bodo postale ključne in odprle nove poti za (nevro)medicinske raziskave.
Nedavni razvoj genetskih orodij za optično merjenje in manipulacijo izbranih skupin nevronov v živo je bil blagoslov za raziskovalce sistemske nevroznanosti. Te nove tehnologije so premaknile eksperimente, osredotočene na vezja, v ospredje in hitro razjasnile povezave in specifično vlogo edinstvenih nevronskih populacij. V prihodnjih 50 letih bodo tehnike služile kot temelj za prelomne preboje pri razumevanju, kako nevronske ansamble usmerjajo vedenje in morda celo zavest. Zavest je posebej pomembna za poglobljeno preiskavo, saj naj bi lastna zavest o sebi in svetu okoli nas vplivala na kognitivno delovanje, kot sta načrtovanje dejanj in odločanje, in jo lahko spreminjajo bolezni in pogoji, ki vplivajo na možgane.
Ob upoštevanju neverjetnih dosežkov je bila nevroznanost na področju merjenja vedenja dolgo omejena. Način, kako nevroznanstveniki določijo in povežejo vedenjske kazalnike, je bil zelo odvisen od človeškega opazovalca, kar je pogosto privedlo do preprostih zaključkov in prezrtih podrobnosti. Še posebej pomanjkljive so bile meritve vedenja v družbenih okoljih pri živalih. V naslednjih 50 letih bo preučevanje vedenja na področju nevroznanosti vedno bolj spominjalo na napredne metode, ki se uporabljajo za funkcionalno razčlenjevanje nevronskih vezij. Tehnologija računalniškega vida bo omogočila popolnoma avtomatizirano, visoko pretočno in nepristransko analizo vedenja. Naša sposobnost neprekinjenega in zanesljivega sledenja vedenju v družbenih okoljih bo omogočila razvoj novih modelov živalskih bolezni, kot sta tesnoba in depresija, ki so preveč poenostavljeni v obstoječih modelih. Za tovrstne raziskave bo ključna uporaba nevroznanosti na področju obnašanja.
Nevroznanost je obsežno področje. Z 86 milijardami nevronov v odraslih človeških možganih, in približno enako število ne-nevronskih celic, ni presenetljivo, da je študija tega organa kompleksna.
Nevroznanost v družbi
Vpliv nevroznanstvenih raziskav se razteza prek laboratorija. Nevrotehnologije že vstopajo v naše domove in obljubljajo izboljšanje kognitivnih sposobnosti, čeprav pogosto manjka trdna znanstvena podlaga.
Nevroizobraževanje, področje, ki združuje raziskovalne ugotovitve razvojne in kognitivne nevroznanosti s pedagoškimi strategijami, je pomembno prispevalo k našemu razumevanju, kako se učijo študenti z disleksijo, hiperaktivno motnjo s pomanjkanjem pozornosti (ADHD) in drugimi motnjami. Te ugotovitve so bile uporabljene za spremembe v kurikulumih matematike, umetnosti in znanosti za študente z navedenimi motnjami. Nedavne raziskave kažejo, da povezovanje umetnosti in znanosti študentom omogoča bolj ustvarjalne in inovativne pristope pri reševanju problemov. Kljub temu kognitivna psihologija in nevroznanost nista široko uporabljena v pedagoški praksi učiteljev na vseh izobraževalnih ravneh. Nadaljnji razvoj nevroznanosti in raziskave na tem področju že spreminjata način, kako se učijo matematični koncepti, in bodo temeljito spremenili način, kako razporejamo šolske dni, da se ujemajo s cirkadialnimi ritmi.
Nevroznanost in pravo
V prihodnjih 50 letih pričakujemo širšo uporabo nevroizobraževalnih strategij za različne starostne skupine in izobraževalne okoliščine.
Nevroznanost vse bolj vstopa tudi v sodne dvorane, kjer se uporablja za razlago kriminalnega vedenja. Uporaba tehnologij za slikanje človeških možganov, zlasti funkcionalnega magnetnega resonančnega slikanja (fMRI), se bo povečala v naslednjih 50 letih, saj bodo raziskovalci bolj seznanjeni z nevrobiološkimi mehanizmi, ki stojijo za odločanjem. Kot diagnostična orodja bodo te metode razširjene in omogočile določanje stopnje krivde posameznika ter celo verjetnosti za ponovno storitev kaznivega dejanja.
Čeprav to morda ni očitno v našem vsakdanjem življenju, podjetja po vsem svetu uporabljajo rezultate raziskav nevroznanosti za oblikovanje svojih poslovnih praks, od urejanja pisarn do postavitve izdelkov in tržnih strategij. To se bo v naslednjih petih desetletjih verjetno še povečalo, saj naše razumevanje nevrobiologije kognicije in pozornosti dozoreva. Zlasti nosljive nevrotehnologije imajo potencial za pomembno vlogo pri zagotavljanju takojšnjih povratnih informacij potrošnikom, kar omogoča personalizirane tržne strategije, ki se v realnem času posodabljajo. Vendar morajo podjetja ravnati previdno in upoštevati etična načela pri razvoju novih strategij za ustvarjanje dobička na podlagi razumevanja nevrobiologije in tehnik.
Nevroznanost je obsežno področje. Z 86 milijardami nevronov v odraslih človeških možganih, in približno enako število ne-nevronskih celic, ni presenetljivo, da je študija tega organa kompleksna. Poleg raziskovanja same kompleksnosti živčnega sistema moramo preučiti tudi, kako pristopamo k proučevanju tega sistema. Pri razmišljanju o načinu, kako se druga znanstvena področja z videzom neskončne kompleksnosti lotevajo, se pojavi raziskovanje vesolja. Medtem ko so posamezne države v preteklem stoletju začele raziskovanje vesolja, so sodelovanje prek disciplin in držav prispevalo k velikim korakom, doseženim doslej. Iz tega primera bodo preklop na med-disciplinarni pristopi, z ekipo matematikov, inženirjev, računalničarjev, biologov in kemikov, ključni za nadaljnji napredek nevroznanosti. Nevroznanost se trenutno financira v mnogih državah prek številnih agencij, vendar se vse pogosteje pojavljajo nacionalne in mednarodne pobude, ki spodbujajo obsežno med-disciplinarno nevroznanost. BRAIN Initiative in Human Brain Project, na primer, se nista osredotočila na določeno področje nevroznanosti, temveč sta vključila raziskovalce s področij znanosti, inženiringa, matematike in tehnologije. Vitalnost SfN, katere letno srečanje se je povečalo z 1395 na 30.000 udeležencev letno, poudarja njeno ogromno vrednost kot centralnega prostora za znanstveni dialog in sodelovanje. Razširitev teh osrednje usklajenih prizadevanj za pospeševanje raziskav o možganih, pa tudi močna skupnost znanstvenikov, bo ključna za izboljšanje kakovosti in zmogljivosti raziskav nevroznanosti, ko še naprej raziskuje neznano.
