Projekt Human Brain odkrywa tajemnice mózgu, łącząc neuronaukę z technologiami obliczeniowymi

Pomimo wielu lat badań ludzki mózg pozostaje jedną z największych zagadek natury, częściowo dlatego, że laboratoria badały dotąd różne aspekty mózgu niezależnie od siebie.

The Human Brain Project powstał z myślą o stworzeniu wyjątkowej europejskiej platformy technologicznej łączącej neuronaukę z medycyną i zaawansowanymi technologiami informacyjno-komunikacyjnymi (ICT). Jego celem jest uwolnienie synergii i przyspieszenie postępu technologicznego poprzez integrację różnych obszarów badań na niespotykaną dotąd skalę.

Jeden z najambitniejszych unijnych projektów

Dwoistość wizji projektu ma działanie wzajemnie wzmacniające: z jednej strony wykorzystano zaawansowane technologie ICT dla lepszego zrozumienia samego mózgu i mechanizmów jego chorób, z drugiej zaś zaczerpnięto inspirację z biologii dla udoskonalenia technologii ICT.

Skupiający ponad 500 naukowców ze 120 europejskich instytucji partnerskich zlokalizowanych w 19 państwach członkowskich, projekt HBP jest jednym z największych tego typu przedsięwzięć finansowanych ze środków UE. W ciągu pierwszych 10 lat trwania projektu (2013–2023) powstanie stała europejska infrastruktura badawcza do prowadzenia badań z dziedziny neuronauki.

„Stojące przed nami wyzwania wymagają odejścia od badań prowadzonych w pojedynkę w kierunku budowania dużych, multidyscyplinarnych inicjatyw”, przekonuje prof. Katrin Amunts, dyrektor naukowa projektu. „Wynika to po części z faktu wykorzystania symulacji obliczeniowych i olbrzymich ilości danych – terabajtów, a nawet petabajtów – co przekracza zdolności pojedynczych laboratoriów”.

Pełne zrozumienie tak złożonej struktury, jaką jest mózg, a następnie zastosowanie zdobytej wiedzy w neuromedycynie, technologiach obliczeniowych, robotyce i innowacjach związanych ze sztuczną inteligencją wymaga, aby w projekcie HBP wymiana danych odbywała się zgodnie z zasadami FAIR.

Podejście HBP polega na zintegrowaniu badań doświadczalnych nad organizacją mózgu mysiego i ludzkiego z neuronauką poznawczą i teoretyczną, przyczyniając się do rozwoju sześciu platform technologicznych z dziedziny: neuroinformatyki, symulacji, wysokowydajnej infrastruktury analitycznej i obliczeniowej, neuromorficznych systemów przetwarzania danych, neurorobotyki i informatyki medycznej.

„Wielowymiarowość mózgu jest imponująca – jego działanie można opisywać za pomocą skali przestrzennej i czasowej, począwszy od poziomu cząsteczkowego pojedynczych synaps, komórek i włókien nerwowych, aż po połączenia pomiędzy poszczególnymi obszarami; od milisekund po długość życia”, opowiada prof. Amunts.

Rozumiejąc, jak emocjonujące potrafią być tematy związane z postępem neuronauki i technologii obliczeniowych, badacze z projektu HBP nie unikają pytań filozoficznych o istotę „ja” i odpowiedzialne wykorzystanie nowych technologii, działając zgodnie z zasadami odpowiedzialnych badań i innowacji, na straży których stoją grupy badawcze odpowiedzialne za aspekty etyczne i społeczne badań.

Walka z chorobami mózgu i zwiększanie konkurencyjności ICT

Badacze z projektu HBP już opracowali szereg nowych metod z zakresu neuromedycyny opartej na technologii.

Na przykład, udało im się zbudować nowy spersonalizowany awatar mózgu do wspomagania operacyjnego leczenia padaczki, który wkrótce zostanie poddany badaniu klinicznemu z udziałem 400 pacjentów, oraz opracować najbardziej wszechstronny, jak dotąd, trójwymiarowy atlas mózgu.

Niewątpliwym osiągnięciem projektu HBP było stworzenie dwóch największych na świecie neuromorficznych systemów obliczeniowych inspirowanych mózgiem, SpiNNaker i BrainScaleS, oraz zbudowanie infrastruktury FENIX – ogólnoeuropejskiej sieci ośrodków superkomputerów do wymiany danych na dużą skalę.

„Aktualnie kładziemy fundamenty pod budowę zintegrowanej europejskiej infrastruktury badawczej z udziałem szerokiej społeczności użytkowników zewnętrznych. Wiąże się to z budową nie tylko samego sprzętu i oprogramowania, ale również kultury użytkowania”, opowiada prof. Amunts.

Dzięki wspomnianym wcześniej sześciu platformom, które po raz pierwszy zostały udostępnione użytkownikom w 2016 r., naukowcy zyskali szerszy dostęp do wielu zasobów, w tym do różnych modeli i atlasów mózgu. Użytkownicy zewnętrzni mogą otrzymać dostęp do infrastruktury badawczej z dowolnego miejsca na świecie za pośrednictwem wspólnego portalu internetowego. Dodatkowo wykwalifikowany zespół wsparcia technicznego służy użytkownikom stałą pomocą, a naukowcy mogą przesyłać własne dane, korzystając z pomocy zespołu ds. przechowywania danych.