انخفضت التكاليف 100 مرة! طورت منظمة E11 Bio، وهي منظمة غير ربحية، طريقة جديدة لرسم خريطة الاتصالات بين ملايين الخلايا في الدماغ

يُعد الدماغ البشري أحد أكثر الهياكل تعقيدًا في الكون المعروف. يتكون من حوالي 100 مليار خلية عصبية، كل منها متصلة بخلايا عصبية أخرى من خلال آلاف المشابك العصبية، مما يشكل شبكة معقدة بشكل لا يمكن تصوره. لا تتحكم هذه الشبكة في أجسادنا فحسب، بل تشكل أيضًا أفكارنا وعواطفنا ووعينا. من ردود الفعل البسيطة إلى التأملات الفلسفية العميقة، تُظهر كل وظيفة من وظائف الدماغ تعقيدها الاستثنائي.

على الرغم من عقود من البحث المكثف في الدماغ، فإن فهمنا لأسراره لا يزال سطحيا. في عام 2021،من بين 125 قضية علمية هي الأكثر تطوراً في العالم والتي نشرتها مجلة ساينس، هناك 16 قضية مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بعلم الدماغ.وتذهب هذه الأسئلة إلى قلب الموضوع، مثل كيف يعمل هيكل الدماغ ووظيفته معًا؟ كيف تعمل الشبكات العصبية المعقدة على تشكيل السلوك والإدراك؟ إن هذه الألغاز التي لم يتم حلها لا تكشف فقط عن التحديات العميقة التي تواجه أبحاث علوم الدماغ، بل تعكس أيضًا الرغبة الملحة للبشرية في استكشاف آليات عمل الدماغ.

وفي الوقت نفسه، أصبحت الأمراض المرتبطة بالدماغ تشكل تحديًا عالميًا. يتزايد العبء الاجتماعي الناجم عن أمراض الدماغ مثل الاكتئاب ومرض الزهايمر ومرض باركنسون عامًا بعد عام. ومع ذلك، فإن خيارات الوقاية والعلاج الحالية لهذه الأمراض لا تزال محدودة. ويتطلب هذا القيد من المجتمع العلمي زيادة الاستثمار وإجراء تحليل معمق لآليات حدوث وتطور أمراض الدماغ، وتزويد المرضى بخيارات علاجية أكثر دقة وكفاءة.

على هذه الخلفية، تأسست مؤسسة E11 Bio في عام 2022. وباعتبارها أول منظمة غير ربحية تركز على الأبحاث (FROs)،تلتزم شركة E11 Bio ببناء تقنية رسم خرائط بنية الدماغ الكاملة.تزويد العلماء والباحثين الطبيين بأدوات قوية لاكتشاف البنية المعقدة ووظيفة الدماغ.

الموقع الرسمي لـ E11 Bio:
https://e11.bio/

E11 Bio: فريق متطور يستخدم العلم لتسليط الضوء على ألغاز الدماغ

لدعم تطوير العلوم والتكنولوجيا الرائدة وحل المشكلات الاجتماعية الرئيسية، في عام 2017،أسس الرئيس التنفيذي السابق لشركة جوجل إريك شميت وزوجته ويندي شميت مبادرة Schmidt Futures الخيرية.يهدف البرنامج إلى تعزيز الإنجازات في مجال العلوم والتكنولوجيا العالمية من خلال تمويل ودعم الأبحاث المتطورة.

مع استمرار نمو شركة Schmidt Futures، أصبحت رؤيتها أكثر تركيزًا. في عام 2021، نشأت منظمة جديدة تسمى Convergent Research كمنظمة غير ربحية مستقلة تركز على إنشاء ودعم FROs. تعتبر هذه المنظمات البحثية الرائدة مثل الشركات الناشئة في مجتمع البحث العلمي.يتكون من فريق يركز على هدف محدد، بقيادة الرئيس التنفيذي الذي يمكنه تكريس نفسه للبحث دون الحاجة إلى القلق بشأن تمويل البحث أو ضغوط التسويق.

شركة التكنولوجيا الحيوية E11 Bio هي أول شركة FRO تعمل بشكل غير ربحي. تأسست في عام 2022 ويقع مقرها الرئيسي في ألاميدا، كاليفورنيا. المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي للشركة هو أندرو باين. لديه خبرة واسعة في مجال الأساليب المكانية والجزيئية.يتميز بشكل خاص بالقدرة على استخدام المجهر فائق الدقة والدراسات المكانية لعلم الجينوم وعلم النسخ وعلم البروتينات.

بعد دراسة الفيزياء الهندسية في جامعة تورنتو، انضم أندرو باين إلى مجموعة إد بويدن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كطالب دكتوراه، مع التركيز على تطوير تقنيات رسم خرائط بنية الدائرة العصبية على نطاق الدماغ الثديي. خلال فترة الدكتوراه،لقد ابتكر تقنية مجهرية جزيئية ذات حلول مكانية مبتكرة، والتي توسعت في التصوير المجهري من الألوان الأربعة الأصلية إلى 4 مليارات لون رقمي.توفر هذه التقنية منظورًا جديدًا لرسم خريطة دقيقة لبنية الدماغ. نُشرت الورقة البحثية ذات الصلة في مجلة Science تحت عنوان "تسلسل الجينوم في الموقع يحل تسلسل الحمض النووي وبنيته في العينات البيولوجية السليمة".

عنوان الورقة:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aay3446

بالإضافة إلى أندرو باين، يتألف فريق E11 Bio من العديد من العلماء البارزين، بما في ذلك كبير علماء التشريح العصبي يوهان وينوبست، وخبراء الاتصالات البصرية جوليا ميخالسكا وهوجو دامسترا، وعالم التعلم الآلي أرلو شيريدان، وغيرهم.

ومن الجدير بالذكر أن عمليات الفريق تحظى بدعم قوي من الرئيس التنفيذي للعمليات جون أكسوب. كان جون أكسوب سابقًا كبير مسؤولي العلوم والشريك في IndieBio، وهي شركة رائدة عالميًا في تسريع العلوم الحياتية، وحاصل على درجة الدكتوراه. في علم الأحياء الكيميائية من معهد سكريبس للأبحاث.تتمتع بخبرة واسعة في مجال ريادة الأعمال في مجالات علم المناعة، وهندسة البروتين، وروبوتات أتمتة المختبرات، وCRISPR والطب الدقيق.وشارك في تأسيس شركتين ناشئتين. إنها مهتمة بزيادة متوسط العمر الصحي للإنسان، وكشف أسرار الدماغ، ومعالجة التحدي العالمي المتمثل في تغير المناخ.

إن إنشاء E11 Bio لا يمثل استكشافًا جديدًا لنموذج البحث غير الربحي فحسب، بل يوفر أيضًا مسارًا مبتكرًا غير مسبوق لحل المشكلات العلمية الكبرى.

إصدار تقنية PRISM: محرك جديد لقيادة ثورة توصيلات الدماغ الكاملة

منذ إنشائها، E11 Bioتلتزم ببناء منصة تكنولوجية لرسم خرائط الدماغ أحادية الخلية مفتوحة وقابلة للتطوير.الهدف هو جعل هذه التكنولوجيا متاحة للجميع مثل تسلسل الحمض النووي، بحيث يمكن لكل عالم أعصاب استخدامها. بعد عامين من الجهود المتواصلة، حققت شركة E11 Bio اختراقات مهمة في أبحاث علوم الدماغ.

في 3 ديسمبر، أعلنت شركة E11 Bio عن إطلاق تقنية PRISM.تم تطوير هذه التقنية من قبل شركة E11 Bio بالتعاون مع مختبر سام رودريكس في معهد كريك، ومختبر يورجن كورنفيلد في معهد ماكس بلانك/LMB في كامبريدج، المملكة المتحدة، ومختبر إد بويدن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومعهد هوارد هيوز الطبي (HHMI). يشكل ظهور PRISM إنجازًا جديدًا في أبحاث علوم الدماغ نحو ربط الدماغ بالكامل.

إن جوهر تقنية PRISM هو رسم خريطة للاتصالات بين ملايين الخلايا في جميع أنحاء الدماغ بتكلفة منخفضة للغاية.وهذا يسمح لأبحاث توصيلات الدماغ الكاملة بالتوسع من الأدمغة الصغيرة مثل ذباب الفاكهة إلى أدمغة الثدييات الأكثر تعقيدًا مثل الفئران، مما يوفر إمكانية استكشاف الدماغ البشري في المستقبل.

خاصة،يعمل PRISM على تحسين جودة بيانات صور الدماغ وقابليتها للتفسير بشكل كبير من خلال إجراء إعادة بناء للوصلات البصرية من خلال التلوين التكراري مع التعليقات الجزيئية.ويطلب الباحثون من كل خلية أن تنتج مزيجا مختلفا من البروتينات التي تعمل بمثابة هوية للخلية (الرمز الشريطي). باستخدام تقنيات المجهر التوسعي وإجراءات التلوين الخاصة، توفر هذه الباركودات شرحًا دقيقًا لبيانات الصورة. وقد ساعد هذا التوضيح بشكل أكبر في تطوير نموذج تقسيم الصور "المصحح ذاتيًا" القائم على الذكاء الاصطناعي، مما قلل بشكل كبير من الحاجة إلى التدقيق اليدوي ونجح في خفض التكاليف بنحو 95%.

وفي الوقت نفسه، يحل PRISM أيضًا مشكلة التكلفة الرئيسية في أبحاث التوصيلات العصبية التقليدية من خلال تحسينات تقنية متعددة. على سبيل المثال، يسمح الجمع بين المجهر الضوئي والمجهر التوسعي للباحثين بتحقيق دقة وإنتاجية مماثلة بتكلفة تقل بعُشر تكلفة المجهر الإلكتروني؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام خوارزميات التجزئة المعجلة بواسطة وحدة معالجة الرسوميات (مثل أوصاف الشكل المحلية) يحسن الكفاءة بشكل أكبر، مما يجعل تكاليف التجزئة أقل بمقدار 10 إلى 100 مرة من تقديرات Wellcome Trust.ومن المتوقع أن تؤدي هذه السلسلة من الابتكارات إلى خفض التكلفة الإجمالية لربط الدماغ بالكامل بما لا يقل عن 100 مرة.
* Wellcome Trust هي مؤسسة خيرية للأبحاث الطبية الحيوية مقرها لندن، المملكة المتحدة. تأسست في عام 1936، وتهدف إلى تمويل الأبحاث الطبية والبيولوجية في جميع أنحاء العالم لتحسين صحة الناس والحيوانات.

لا تعمل تقنية PRISM على خفض عتبة أبحاث علوم الدماغ فحسب، بل توفر أيضًا دعمًا حاسمًا لتطوير الذكاء الاصطناعي الأقرب إلى البشر، وعلاج أمراض الدماغ، ومحاكاة الدوائر الدماغية البشرية. ستساهم النتائج المذهلة لهذه التكنولوجيا في تعزيز التقدم الرائد في مجال علم الأعصاب بشكل كبير. ويقال أن،سيتم نشر تفاصيل دراسة PRISM في ورقة بحثية، وسيتم إصدار نسخة أولية منها في أوائل العام المقبل، كما سيتم أيضًا نشر نسخة تجريبية من الطريقة.

كشف الأسرار النهائية للدماغ البشري، المنافسة العالمية في علوم الدماغ على قدم وساق

من أجل الكشف الكامل عن أسرار الدماغ، وتعزيز تطوير تقنيات ذكية تشبه الدماغ، وتوفير حلول جديدة لتشخيص وعلاج أمراض الدماغ، أطلقت البلدان مشاريع بحثية علمية واسعة النطاق بقيادة الحكومات.

في عام 2005، نجح عالم الأعصاب السويسري البروفيسور هنري ماركرام، بدعم من الحكومة الفيدرالية السويسرية،تم إطلاق مشروع الدماغ الأزرق في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان.

في عام 2013،أطلق الرئيس أوباما برنامج أبحاث الدماغ من خلال التقنيات العصبية المبتكرة (BRAIN).بقيادة المعاهد الوطنية للصحة (NIH).

في عام 2014، وبإجمالي تمويل قدره 365 مليون دولار أمريكي من وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا في اليابان والمجلس الياباني للبحوث الطبية والتطوير،كما أطلقت اليابان برنامج "رسم خرائط الدماغ باستخدام التقنيات العصبية المتكاملة لأبحاث الأمراض" (BRAIN/MINDS) لمدة عشر سنوات.

في العام نفسه، ناقش باحثو علوم الدماغ الصينيون أهداف ومهام وإمكانية تنفيذ خطة علوم الدماغ الصينية في مؤتمر شيانغشان للعلوم؛ في عام 2016،وقد أدرجت بلادي "علم الدماغ والأبحاث المشابهة للدماغ" كمشروع وطني رئيسي للابتكار والهندسة التكنولوجية في "الخطة الخمسية الثالثة عشرة"، وهو ما يمثل الإطلاق الكامل لـ "مشروع الدماغ الصيني". في عام 2021، تم إطلاق برنامج "علم الدماغ والأبحاث المشابهة للدماغ" في بلدي رسميًا.

ورغم أن مشروع الدماغ في بلدي أطلق متأخراً نسبياً، فإنه أظهر قدرات بحثية قوية. على سبيل المثال، يلتزم مركز التميز في علوم الدماغ وتكنولوجيا الذكاء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم منذ فترة طويلة بالبحث في شبكات الدماغ والأمراض العصبية، وخاصة في إنشاء نماذج الرئيسيات، حيث يعد رائداً دولياً.

على سبيل المثال، أنشأت جامعة تسينغهوا وجامعة بكين وجامعة فودان وجامعة شاندونغ وجامعات أخرى مراكز بحثية متخصصة في علوم الدماغ، مع التركيز على مجالات مثل نمذجة الشبكة العصبية وآليات أمراض الدماغ والذكاء الاصطناعي الشبيه بالدماغ. وبالإضافة إلى ذلك، يركز مركز شنغهاي لعلوم الدماغ والأبحاث المستوحاة من الدماغ، باعتباره أول مؤسسة بحثية شاملة في علوم الدماغ في الصين، على رسم خرائط الدماغ على نطاق واسع وأبحاث أمراض الدماغ، مما يوفر دعماً قوياً لهذا المجال.

مع تزايد أبحاث علوم الدماغ العالمية والتكامل العميق لتكنولوجيا الذكاء الاصطناعي، لدينا سبب للاعتقاد بأن أبحاث علوم الدماغ في المستقبل ستحقق اختراقات ثورية في الحوسبة الشبيهة بالدماغ، وعلاج أمراض الدماغ، والابتكار في التكنولوجيا الذكية، مما يقدم مساهمات مهمة في تعزيز التقدم الاجتماعي وتحسين رفاهية الإنسان.

مراجع:
1.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9568407/
2.https://www.fastcompany.com/90684882/these-focused-research-organizations-are-taking-on-gaps-in-scientific-discovery
3.https://indiebio.co/team/jun-axup/
4.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/ar