Štúdium zamerané na výskum mozgu v Londýne

Štúdium zamerané na výskum mozgu v Londýne môže prepájať neurovedu, psychológiu, medicínu, výpočtovú techniku, neuroinformatiku, umelú inteligenciu a etiku. Takto koncipovaný výskum nadväzuje na medzinárodné programy, ktoré skúmajú štruktúru a fungovanie mozgu, neurónové siete, vedomie, pamäť, rozhodovanie, duševné zdravie, neurologické ochorenia a možnosti využitia digitálnych modelov mozgu.

Výskum mozgu sa prirovnáva k projektu Human Genome Project, ktorý zmapoval genetický kód človeka. Najskôr sa hľadajú odpovede na jednoduchšie otázky - úloha jednotlivých typov neurónov a gény, ktoré sú rozhodujúce pre ich činnosť. Potom prídu na rad fascinujúce zložitosti: ako fungujú celé neurónové siete a ako spolupracujú rôzne úrovne organizácie mozgu od obvodov až po centrá, ktoré zodpovedajú za rôzne funkcie, ako pamäť, emócie či rozhodovanie.

Čo zahŕňa výskum mozgu

Ľudský mozog je jeden z najzložitejších systémov. Tento uzlík buniek váži približne 1,4 kilogramu a skladá sa približne z deväťdesiatich miliárd viacerých druhov neurónov. V každom okamihu vytvárajú sto biliónov elektrických a chemických spojení.

Pokrok vo výskume mozgu umožnil rozvoj experimentálnej neurovedy. Dokážu ho nielen pozorovať v akcii, ale aj manipulovať a stimulovať jeho funkcie. Pred desiatimi rokmi by sme to považovali za sci-fi, potvrdzuje William Newsome zoStanfordovej univerzity v Kalifornii.

Výskumníci z berlínskeho inštitútu pomohli aj simulácie, ktoré využívali dáta z vyšetrení mozgu, napríklad magnetickej rezonancie a matematické modely o biologických procesoch. Najprv vytvoria všeobecný model mozgu, ktorý ďalej prispôsobujú individuálnymi meraniami od jednotlivých ľudí. Tým dostávajú personalizované modely mozgu.

„Človek dokáže riešiť problémy vďaka delikátnej rovnováhe stimulácie a inhibície nervových buniek, čo v podstate ovplyvňuje naše rozhodnutia,“ vysvetlila Petra Ritter, jedna z autorov štúdie.

Prečo je Londýn vhodným prostredím na štúdium neurovedy

Londýn patrí medzi najvýznamnejšie európske centrá vysokoškolského vzdelávania, medicíny a biologického výskumu. Štúdium orientované na výskum mozgu môže v takomto prostredí využívať spoluprácu medzi univerzitami, nemocnicami, laboratóriami, technologickými pracoviskami a výskumnými infraštruktúrami.

Medzinárodný charakter neurovedy si vyžaduje spoluprácu odborníkov z viacerých odborov. Európsky projekt zapojí aj expertov z fyziky, kybernetiky, IT, neurorobotiky či filozofie. Výskumní pracovníci HBP sa zaoberajú aj sociálnymi a etickými dôsledkami výskumu mozgu a jeho aplikácií.

Team composition is characterised by multidisciplinarity. Teams consist of experts from various disciplines, such as organisation and psychology, health care and political sciences. This diversity will ensure a holistic approach to mental health issues in the workplace.

The team will include professors, associate professors and PhD candidates. The team is comprised of a balanced mix of genders, encompassing both experienced and junior researchers to offer varied viewpoints and mentorship opportunities.

Hlavné oblasti štúdia

Neuroveda a organizácia mozgu

Američania už desaťročie mapujú gény v mozgových bunkách v rámci programu Allen Human Brain Atlas. Cieľom americkej iniciatívy BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), vyhlásenej v apríli 2013, je nájsť nové metódy a technológie na výskum aktivity neurónov.

Vedci pre svoju prácu budú musieť vyvinúť novú technológiu, ktorá im „rýchlosťou myšlienok“ umožní zaznamenávať elektrickú aktivitu jednotlivých mozgových buniek aj spletitých nervových trás. Európsky Projekt ľudského mozgu (Human Brain Project) sa pokúsi simulovať bilióny nervových prepojení, ktoré tvoria ľudský mozog.

Digitálny mozog a výpočtové modelovanie

HBP bol priekopníkom v používaní veľkých dát a superpočítačov na simuláciu zložitých funkcií mozgu, pričom ich porovnával s najnovšími neurovedeckými teóriami. HBP dnes buduje prvé digitálne dvojča ľudského mozgu a významne prispel k nášmu pochopeniu fungovania mozgu.

Jedným z hlavných výstupov projektu ľudského mozgu je schopnosť prispôsobiť a personalizovať modely mozgu. Prognostická sila týchto modelov sa postupne zvyšuje a môže byť významným prínosom pri objavovaní prvých biomarkerov ochorení, ako je Alzheimerova choroba.

Personalizované modely mozgu fungovali podobne ako skutočné mozgy skúmaných dobrovoľníkov. Výskumníkom sa podarilo metódu mozgovej simulácie ešte viac zdokonaliť. Tvrdia, že v budúcnosti by mohli podobné modely slúžiť napríklad na plánovanie chirurgických, alebo iných zákrokov.

Lekár by videl, či je zvolený zákrok alebo liek vhodný pre konkrétneho pacienta. Tým by sa zabezpečila čo najvyššia účinnosť lieku a minimalizovali by sa rôzne vedľajšie účinky.

Neuropsychológia, poznávanie a rozhodovanie

Výskumníci z Berlínskeho zdravotníckeho inštitútu sa vo svojej novej štúdii pýtali zaujímavú otázku: Majú inteligentní ľudia rýchlejší mozog? Na zodpovedanie tejto otázky navrhli experiment, ktorý priniesol naozaj zaujímavé výsledky.

Do experimentu sa zapojilo 650 účastníkov, ktorí vypĺňali inteligenčné testy. Osoby s lepšími výsledkami vyriešili jednoduchšie úlohy rýchlejšie, no na zložité úlohy potrebovali viac času ako účastníci s nižším skóre.

Autori štúdie zistili, že „pomalšie“ mozgy boli viac synchronizované, čo umožnilo nervovým obvodom v prednom laloku oddialiť rozhodovanie dlhšie ako mozgy s horšou koordináciou. Horšia koordinácia znamená, že informácie potrebné k rozhodnutiu sa nie je možné sprístupniť včas, alebo je problém udržať ich v pracovnej pamäti.

Synchronizácia v mozgu mení vlastnosti pracovnej pamäte a zároveň aj schopnosť vydržať dlhú dobu bez rozhodnutia. Pri riešení komplikovanejších problémov musí človek držať v pracovnej pamäti viac vecí a tie potom zosúladiť.

Zhromažďovanie dôkazov pre zložitejšie riešenie niekedy trvá dlhšie, no zároveň vedie k lepším výsledkom. Pomocou modelu vedci dokázali ukázať ako rovnováha medzi excitáciou a inhibíciou neurónov na úrovni celej mozgovej siete môže ovplyvniť rozhodovanie a pracovnú pamäť na menšej úrovni jednotlivých neurónových skupín.

Vedomie, učenie a odmena

V záverečnej fáze, ktorá prebieha od apríla 2020 do septembra 2023, sa projekt „Ľudský mozog“ zameriava na tri hlavné oblasti vedeckého záujmu - siete mozgu, ich úlohu v oblasti vedomia a umelých neurónových sietí - ako aj na rozšírenie inovačnej infraštruktúry EBRAINS a jej nástrojov a služieb.

Vedci boli ocenení „za multidisciplinárnu analýzu mozgových mechanizmov, ktoré prepájajú učenie sa s odmenou, čo má ďalekosiahle dôsledky pre pochopenie ľudského správania sa vrátane rozhodovacích porúch v prípadoch, ako sú gamblerstvo, drogová závislosť, kompulzívne konanie či schizofrénia“.

Práca ocenenej trojice vedcov zahŕňa viac než 30 rokov a prispela k objasneniu kľúčovej úlohy dopamínu, mozgovej chemickej látky. Tá podnecuje súbor mozgových buniek k odozve, kedykoľvek sa vyskytne určitá odmena.

Mozog pritom prípadne reaguje už aj v očakávaní odmeny. „To nás núti usilovať sa o viac odmeny, pričom jednotlivci, ktorí majú viac odmeny, majú tiež vyššie šance na prežitie,“ tvrdí Wolfram Schulz, jeden z laureátov a profesor na Cambridgeskej univerzite.

Výskumné metódy

Zobrazovanie a meranie mozgovej aktivity

Výskumná metodológia zahŕňa kombináciu kvalitatívneho a kvantitatívneho výskumu, vrátane semi-experimentálneho postupu. Výskum mozgu môže využívať magnetickú rezonanciu, počítačovú tomografiu, meranie mozgových vĺn, analýzu funkčnej konektivity a matematické modelovanie biologických procesov.

Odborníci z Pensylvánskej univerzity porovnávali snímky mozgu 40 členov amerického diplomatického personálu s kontrolnou skupinou 48 zdravých jedincov. U diplomatov pritom odhalili štatisticky „významné rozdiely“ v oblasti bielej a sivej mozgovej kôry.

Identifikovali u nich aj odchýlky vo funkčnej konektivite tých častí mozgu, ktoré spracúvajú zrakové a sluchové signály. Vedci totiž svoje zistenia iba popísali - avšak neskúmali, čo zistené zmeny spôsobilo.

Nie je jasná ani ich klinická závažnosť a v tomto smere budú potrebné ešte ďalšie výskumy.

EEG a sociálna neuroveda

Projekt „Použitie EEG technológie vo výučbe a výskume“ integruje moderné EMOTIV EEG headsets do vysokoškolského prostredia. Cieľom je poskytnúť študentom praktické skúsenosti a rozšíriť výskumné skúsenosti v oblasti sociálnej neurovedy v rámci spoločensko-behaviorálnych vied, prostredníctvom merania mozgových vĺn.

Projekt obohatí vzdelávací proces, prinesie nové poznatky v oblasti neuropsychológie a rozšíri tak praktické skúsenosti študentov a možnosti zahraničnej spolupráce pre učiteľov.

Fyziologické ukazovatele a kvalitatívne dáta

Cieľom projektu je vytvorenie intervencií na zvýšenie súcitnej spokojnosti a zníženie súcitnej únavy spolu s vytvorením parametrov včasnej a presnej diagnostiky súcitnej spokojnosti/únavy, u rôznych pomáhajúcich profesií prostredníctvom fyziologických ukazovateľov, sebavýpoveďových nástrojov a kvalitatívnych dát.

Výskumný projekt využíva kvantitatívnu i kvalitatívnu metodológiu a obohacuje ich o merania fyziologických ukazovateľov ako je eye-tracking, pupilometria, variabilita srdcového rytmu, analýza tvárových výrazov.

V projekte okrem kvantitatívneho zisťovania plánujeme využiť aj kvalitatívne metódy, vďaka čomu získame detailnejší pohľad na subjektívne prežívanie a skúsenosti pedagógov a pedagogičiek.

Human Brain Project a európsky digitálny výskum

Projekt „Ľudský mozg“ bol jedným z najväčších výskumných projektov, ktoré kedy Európska únia podporila, pričom za posledné desaťročie sa z finančných prostriedkov EÚ poskytlo viac ako 400 miliónov EUR.

Pôjde o záverečný samit projektu, ktorý sa končí v septembri a znamená 10 rokov najväčšieho európskeho projektu digitálnej vedy o mozgu. Tento samit bude fórom na stimulovanie a kvalitnú interdisciplinárnu výmenu v širokej škále oblastí, od neurovedy po výpočtovú techniku, inžinierstvo, matematiku a medicínu.

Poukáže na výsledky úsilia viac ako 500 vedcov z viac ako 150 univerzít, ktorí spolupracujú v rámci HBP. HBP a jeho 123 partnerov spolufinancuje Európska komisia.

Celkové financovanie vrátane partnerských príspevkov predstavuje 607 miliónov EUR, pričom 406 miliónov EUR pochádza z finančných prostriedkov EÚ. Jeho cieľom je získať dôkladné pochopenie komplexnej štruktúry a funkcie ľudského mozgu s jedinečným interdisciplinárnym prístupom na rozhraní neurovedy a technológie.

Infraštruktúra EBRAINS a vysokovýkonná výpočtová technika

Na základe tohto vedeckého pokroku vyvinul HBP aj výskumnú infraštruktúru EBRAINS. Vďaka tejto infraštruktúre má výskumná obec mozgu k dispozícii vysokovýkonnú výpočtovú techniku, čo umožňuje virtuálne experimenty, čím umožňuje zrýchlenie prelomových objavov.

Samit sa bude zaoberať aj budúcnosťou infraštruktúry EBRAINS a výskumu digitálneho mozgu a bude diskutovať o vedeckej vízii pre nasledujúce desaťročie výskumu digitálneho mozgu, ktorý prispeje k príprave vznikajúceho európskeho partnerstva pre zdravie mozgu.

HBP a jeho 123 partnerov spolufinancuje Európska komisia. Vedci v oblasti HBP používajú vysoko pokročilé metódy v oblasti výpočtovej techniky, neuroinformatiky a umelej inteligencie na vykonávanie špičkového výskumu mozgu.

Získané znalosti sa premietajú do nových aplikácií v medicíne a technologického pokroku. Výskum digitálneho mozgu a bude zohrávať dôležitú úlohu v kontexte takéhoto partnerstva.

Blue Brain Project a virtuálne modelovanie

Európsky projekt nadväzuje na Blue Brain Project, ktorý vo Švajčiarskom federálnom technologickom inštitúte v Lausanne vedie Henry Markram. Vytvára digitálne modely mozgových buniek a spája ich do virtuálnych neurónových sietí ako v reálnom mozgu.

Základným prvkom digitálneho mozgu je akási lego kocka s desiatimi tisícmi virtuálnych neurónov - v reálnom mozgu predstavuje nepatrný valček v priemerom 0,5 a výškou 1,5 milimetra, ktorý prechádza všetkými šiestimi vrstvami mozgovej kôry.

Superpočítač IBM Blue Gene toto klbko nervov po prvý raz oživil v roku 2008. Po dodaní elektrického impulzu akčné potenciály prúdili medzi vrstvami a oscilovali presne ako v reálnom mozgu.

O tri roky neskôr vytvoril Markramov tím obvod poskladaný zo sto kociek. Najnovšie vytvoril mozog potkana, zložený zo stovky obvodov. Ďalšou métou je stotisícnásobne zložitejší mozog človeka.

Digitálny mozog dovolí testovať teórie, ako funguje mozog zdravého a chorého človeka, poslúži pre nové diagnostické postupy pri autizme, epilepsii, schizofrénii, ale aj liečbe depresií a Alzheimerovej choroby.

Medicínske využitie výskumu mozgu

Len v Európe postihujú choroby mozgu 180 miliónov ľudí, teda takmer každého tretieho obyvateľa a tento podiel sa bude predlžovaním veku dožitia zvyšovať. Výskum mozgu môže prispieť k lepšiemu pochopeniu Alzheimerovej choroby, Parkinsonovej choroby, epilepsie, autizmu, schizofrénie, depresií, nádorových ochorení a následkov traumatických poranení.

Výskum by mohol podľa Obamu priviesť vedcov k odpovediam na otázky, ako liečiť Parkinsonovu chorobu, autizmus alebo následky mŕtvice. To by zlepšilo životy miliárd ľudí, povedal americký prezident.

Na Slovensku sa výskum neurodegenerácie sústreďuje aj na Alzheimerovu chorobu. Po objave pôvodcu Alzheimerovej choroby sa chceme sústrediť na dekódovanie mechanizmu jeho účinku.

V roku 2011 vzniklo Centrum excelentnosti SAV ako národná platforma pre výskum mozgu, združujúca šesť ústavov. Naše Brain Centrum však žije, financujeme ho zo zahraničných a súkromných prostriedkov.

Výskum mozgových nádorov

Prvé problémy sa objavili v období, keď sa pripravovala na záverečné skúšky. Sťažovala sa na opakované bolesti hlavy, ktoré jej blízki považovali za prirodzenú reakciu na psychickú záťaž.

Po skončení školského roka však nepríjemnosti nezmizli. Naopak, bolesti sa vracali a postupne sa pridružili aj ďalšie symptómy. Mladá študentka začala bez zjavnej príčiny vracať a jej rodičia čoraz intenzívnejšie cítili, že za problémami môže byť niečo vážnejšie.

Práve CT vyšetrenie odhalilo šokujúci nález. Lekári v Carinom mozgu objavili útvar, ktorý si vyžadoval okamžitý zásah.

Výsledky podrobnej analýzy totiž ukázali, že nádor patrí medzi mimoriadne agresívne formy rakoviny mozgu. Odborníci diagnostikovali meduloblastóm, ochorenie, ktoré sa zvyčajne objavuje u podstatne mladších pacientov.

Cara absolvovala modernú protónovú terapiu a neskôr aj opakované cykly chemoterapie. Hoci liečba bola fyzicky aj psychicky vyčerpávajúca, nevzdávala sa a snažila sa zostať optimistická.

Otec Graham spolu so synom Rorym podporujú charitatívne projekty zamerané na výskum mozgových nádorov a aktívne upozorňujú na potrebu väčších investícií do tejto oblasti medicíny.

Psychologické a sociálne rozmery výskumu mozgu

Hlavným cieľom predkladaného projektu je uskutočniť výskum zameraný na prepojenie a analýzu vzťahov medzi psychologickým bezpečím a duševnou pohodou (well-beingom) učiteľov a učiteliek v slovenskom školskom prostredí.

Projekt má ambíciu zmapovať, ako učitelia a učiteľky vnímajú svoje pracovné prostredie z hľadiska psychologického bezpečia, aké činitele súvisia s ich duševnou pohodou, a aký je vzťah medzi týmito premennými a duševnou pohodou a vnímaným bezpečím u žiakov a žiačok.

Unikátnosť projektu spočíva aj v tom, že dáta od učiteľskej populácie budú konfrontované so zisteniami z medzinárodnej štúdie HBSC (Health Behaviour in School-aged Children), ktorá mapuje well-being, vnímané bezpečie, angažovanosť a participáciu u žiakov a žiačok.

Takéto štúdium ukazuje, že výskum mozgu nemožno oddeliť od výskumu správania, sociálneho prostredia, pracovných podmienok a duševného zdravia. This ETN aims to address critical mental health issues in the workplace through a comprehensive and interdisciplinary approach.

Samoregulácia a duševné zdravie zdravotníkov

Zdravotnícki pracovníci často čelia náročným podmienkam v práci, čo zvyšuje ich riziko vzniku duševných ťažkostí. Približne 22% zdravotníkov spĺňa kritéria pre diagnostikovanie duševných porúch, a preto by mohli mať prospech z klinickej intervencie.

Výskumný projekt sa zameriava na samoreguláciu ako individuálny psychologický zdroj, ktorý prispieva k lepšiemu duševnému zdraviu a zamestnateľnosti týchto pracovníkov.

Cieľom projektu je lepšie pochopiť, zmerať a znížiť nedostatky v psychologických zdrojoch v oblasti duševného zdravia a odolnosti zdravotníkov s cieľom podporiť odborné vzdelávanie, odbornú prípravu, aktivity vzdelávania dospelých a posilnenie zamestnateľnosti.

Mindfulness a neuroveda

MBSR je osvedčený program založený na dôkazoch, ktorý preukázateľne znižuje stres, úzkosť a problémy so spánkom a zároveň zlepšuje sústredenie a reguláciu emócií.

Okrem štandardného MBSR náš program integruje príspevky učiteľov s rôznorodými odbornými znalosťami zo štyroch rôznych univerzít, vrátane seminárov o všímavom komunikovaní a súcitnosti, neurovedy meditácie a historického pozadia všímavosti dýchania a workshopu o všímavom vedení.

Tieto dodatočné workshopy rozširujú kurz nad rámec štandardného učebného plánu a spolu s osobným dňom odpočinku vytvárajú bohatú skúsenosť s učením, ktorá spája súčasný výskum a prax všímavosti.

Vzdelávací formát a kompetencie študenta

Štúdium zamerané na výskum mozgu si vyžaduje schopnosť pracovať s vedeckou literatúrou, analyzovať dáta, rozumieť experimentálnemu dizajnu a prepájať poznatky z viacerých odborov. Dôležitá je aj schopnosť interpretovať výsledky zobrazovacích, fyziologických a behaviorálnych meraní.

Wellbeing @ Work: BIP meets doctoral course (W@W BIPDOC) prináša spoločnú, interdisciplinárnu a medzinárodnú vzdelávaciu iniciatívu naprieč ENLIGHT alianciou, ktorá spája bakalárskych, magisterských a doktorandských študentov pri riešení aktuálnych výziev v oblasti wellbeing-u na pracovisku.

Projekt integruje Blended Intensive Programme s doktorandským kurzom, čím vytvára jedinečné prostredie pre cross-level learning, akademickú synergiu a rozvoj výskumných aj praktických kompetencií.

Program ponúka hybridný formát online seminárov a inšpiratívneho on-campus týždňa, v rámci ktorého študenti pracujú v zmiešaných medzinárodných tímoch na reálnych problémoch predložených HR profesionálmi a lídrami organizácií.

Kombinácia perspektív psychológie, verejného zdravia, HRM, pracovnej medicíny, ekonómie a business administrácie podporuje multidisciplinárne myslenie a kreatívne riešenia.

Iniciatíva rozvíja kľúčové ENLIGHT priority - podporuje zdravie a wellbeing, posilňuje medziuniverzitnú mobilitu, prepája výučbu s výskumom a podporuje premostenie medzi akademickým a pracovno-organizačným prostredím.

Výskumná etika a limity interpretácie

Výskum mozgu musí rozlišovať medzi štatistickou odlišnosťou, klinickým významom a príčinným vysvetlením. Vedci totiž svoje zistenia iba popísali - avšak neskúmali, čo zistené zmeny spôsobilo.

Nie je jasná ani ich klinická závažnosť a v tomto smere budú potrebné ešte ďalšie výskumy. Výskumní pracovníci HBP sa zaoberajú aj sociálnymi a etickými dôsledkami výskumu mozgu a jeho aplikácií.

Etická stránka zahŕňa ochranu osobných údajov, informovaný súhlas, zodpovedné používanie medicínskych údajov, spravodlivý prístup k výsledkom výskumu a opatrnú komunikáciu predbežných zistení.

Možnosti ďalšieho smerovania

Výskum mozgu urýchli multidisciplinárne napredovanie na všetkých frontoch, nielen v genetike, fyziológii či vedách o ľudskom poznávaní a správaní. Posilní sa aj integrácia tímov na globálnej úrovni.

Výskum vysokovýkonnej výpočtovej techniky, neuroinformatiky a umelej inteligencie môže podporiť virtuálne experimenty, personalizované modelovanie, vývoj diagnostických nástrojov a presnejšie plánovanie liečby.

Digitálny mozog dovolí testovať teórie, ako funguje mozog zdravého a chorého človeka, poslúži pre nové diagnostické postupy pri autizme, epilepsii, schizofrénii, ale aj liečbe depresií a Alzheimerovej choroby.

Ďalším cieľom projektu je zistiť, ako mozog môže spracúvať tak veľa informácií, a pritom využívať relatívne zanedbateľné množstvo energie oproti kremíkovým superpočítačom. Mozog totiž nepotrebuje viac energie ako žiarovka.

tags: #studium #zamerane #na #vyskum #mozgu #v