SiNAPSA, sobota, 19. avgust 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Največji evropski nevroznanstveni raziskovalni projekt: The Human Brain project

Miha Pelko

Konec januarja (28.1.2013) je Evropska komisija razglasila rezultate razpisa za tako imenovane “FET Flagship” projekte, kjer vsak zmagovalec v teku 10 let prejme eno milijardo EUR. Eden izmed dveh dobitnikov je močno povezan z nevroznanostjo - Human Brain Project. Kaj pa ta projekt dejansko predlaga in kakšni so odzivi na odločitev?

Miha PelkoZačetek leta je prinesel rezultate razpisa za dva največja znanstveno-raziskovalna projekta financirana s strani Evropske komisije1 2. Human Brain Project je eden od zmagovalcev, ki v desetletnem projektnem roku med drugim obljublja simulacijo človeških možganov.

V poročilu študije3, ki služi kot osnova za pripravo dejanske razpisne vloge4 so avtorji najprej zapisali splošni namen projekta (angl.):

The Human Brain Project should lay the technical foundations for a new model of ICT-based brain research, driving integration between data and knowledge from different disciplines, and catalysing a community effort to achieve a new understanding of the brain, new treatments for brain disease and new brain-like computing technologies.

Prevod:

Human Brain Project bi moral položiti tehnične temelje za nov model raziskovanja možganov, ki bo temeljil na IKT (informacijsko-komunikacijskih tehnologijah), spodbujati integracijo med eksperimentalnimi podatki in znanjem različnih ved ter katalizirati delo celotne znanstvene skupnosti z namenom doseči nova spoznanja o možganih, odkriti nove metode zdravljenja bolezni možganov in razviti nove računske tehnologije, ki posnemajo delovanje možganov.

Cilji projekta in organizacija

Splošni namen je razdeljen na štiri cilje:

  • Zbiranje podatkov: Predvideno je sistematično izvajanje poskusov z namenom pridobitve pogleda v strukturo možganov na več detajlnih nivojih, od genskega pa do celičnega. V prvi fazi bodo karakterizirali strukturo mišjih možganov, kjer nameravajo začeti z analizo vizualnega korteksa v sodelovanju z inštitutom Allen Institute iz ZDA. Potem bodo nadgradili to v raziskave strukture človeških možganov in v končni fazi iskali povezavo med samo možgansko strukturo in njeno kognitivno in vedenjsko funkcijo.
  • Teoretične raziskave: V tem sklopu je načrtovano teoretično delo, ki bo težilo k poenotenju in nadgradnji sedanjega znanja na specifičnih področjih pomembnih za celotni projekt. Ta področja so: i) izgradnja poenostavljenih modelov kompleksne možganske strukture, ii) iskanje pravil, ki povezujejo učenje in spomin s spremembami sinaps, ter iii) matematični opis nevronskega procesiranja na različnih nivojih organizacije možganov. V ta namen bo v Parizu ustanovljen nov Evropski inšitut za teoretično nevroznanost.
  • IKT platforme: Vzpostavitev integriranega sistema šestih IKT platform se omenja kot primarni namen projekta. Te platforme so posvečene nevroinformatiki, simulaciji možganov, medicinski informatiki, visoko-zmogljivim računskim sistemom (superračunalništvo), nevromorfnem računanju in nevrorobotiki.
  • Aplikacije: Zadnji izmed ciljev je demonstrirati, kako bi se dalo IKT platforme uporabiti za direktne aplikacije v nevroznanosti, medicini in računalništvu. Za nevroznanost je dobrobit projekta omogočanje integriranega celostnega vpogleda v funkcijo možganov v kontekstu kognicije in vedenja (platformi Simulacija Možganov in Nevrorobotika). Platforme Nevroinformatika, Medicinska informatika in Simulacija možganov bodo uporabljene v medicini za razumevanje, diagnostiko in zdravljenje bolezni povzanih z možgani. V računalništvu bodo uporabljene platforme Visoko-zmogljivi računski sistemi, Nevromorfno računstvo, Nevrorobotika v namene povezovanja med nevromorfnimi napravami in konvencionalnimi super-računalniki.

IKT platforme

  • Nevroinformatika: Ker je večina raziskav v nevroznanosti na nivoju manjših nepovezanih laboratorijev, so podatki razdrobljeni in v oblikah, ki ne omogočajo njihove enostavne izmenjave. V okviru te platforme nameravajo postaviti standarde in orodja, ki bodo le-to olajšala.
  • Simulacija možganov: Ta platforma bo povezovala podatke pridobljene v poskusih in tako omogočala izgradnjo modelov ter njihovo simulacijo na različnih nivojih.
  • Visoko zmogljivi računski sistemi: Trenutni računski sistemi niso zadosti zmogljivi za potrebe planiranih možganskih simulacij. Zato je potreben razvoj te platforme, ki bo po stopnjah nadgrajevala trenutne računske zmožnosti in bo dolgoročno koristila superračunalniškim potrebam industrije in medicine.
  • Medicinska informatika: Trenutne raziskave v medicini se naslanjajo na primerjave med bolniki s specifično diagnozo in kontrolnimi zdravimi ljudmi, kar pa ne omogoča odkrivanja povezav med različnimi boleznimi. V okviru te platforme nameravajo povezati arhive več evropskih zdravstvenih sistemov in baze podatkov nekaterih farmacevtskih podjetij. S tem bo omogočeno ugotavljanje korelacij in povezav med različnimi bolezni z namenom novega uvida v sistematiko možganskih bolezni.
  • Nevromorfno računstvo: Računski sistemi zgrajeni na podlagi arhitekture možganov so najverjetnejši kandidati za preboj omejitev v konvencialnem računstvu. Ta platforma bo omogočila testiranje tovrstnih sistemov in izgradnjo prototipov. V eSinapsi smo že pisali o nevromorfnem inženirstvu5.
  • Nevrorobotika: Možgani so v nenehni interaciji z okoljem. Omogočala bo eksperimente, ki bodo povezovali kognitvne procese in vedenje. Dolgoročno bodo spoznanja s te platforme omogočala razvoj robotov za potrebe industrije in posameznikov.

Organizacija

Znanstveno in tehnološko je HBP organiziran v devet divizij. Ena divizija pripada vsaki izmed platform, ostale tri pa so Molekularna in celična nevroznanost, Kognitivna nevroznanost in Teoretična nevroznanost.

Poleg znanstveno-tehnoloških divizij ima projekt še dve diviziji - Management in Družba in Etika.

Prof. Henry Markram in prof. Karl-Heinz Mayer sta uradni vodji projekta.

Časovni potek projekta

Desetletni projekt bo razdeljen na tri faze.

Prva faza bo trajala dve leti in pol. Fokus bo na postavitvi prototipov vseh platform na podlagi strateško zbranih specifičnih podatkov. Po koncu te faze bodo platforme že na voljo raziskovalcem v okviru projekta kot tudi zunanjim raziskovalcem.

Druga, tako imenovana “operacijska faza” (angl. operational phase) bo trajala 4 leta in pol in bo služila dodajanju podatkov platformam ter za demonstracijo njihove uporabnosti na področjih nevroznanosti, medicine in računske tehnologije.

V zadnji fazi se bo pozornost usmerila na finančno vzdržnost projekta in na prenos znanja in rezultatov v evropsko znanstveno in industrijsko sfero.

V poročilu1 je za vsako izmed platform predstavljena tudi specifična časovnica.

Financiranje in udeležba

Približno polovica celotnega budgeta projekta bo namenjena osebju, 6% opremi, 8% materialnim stroškom in 37% ostalim indirektnim stroškom.

V spodnji tabeli je predstavljena podrobnejša razdelitev financ in osebja po divizijah.

Kot zanimivost je potrebno omeniti, da je 20% vseh sredstev namenjeno vlaganju v projekte zunaj projektne skupine, in sicer v obliki razpisov za posamezne raziskovalce na različnih nivojih (angl. Advanced Research Grants, Young Investigators, Post-doctoral fellowships in HBP studentships) ter razpisov za skupine in projekte preko ERA-NET in ERA-NET+ sheme.

Pelko1

V konzorcij projekta je udeleženih 150 raziskovalnih laboratorijev iz 24 držav. Med temi državami najdemo vse večje države EU, Švico, ZDA, Kanado, Argentino, Kitajsko, Japonsko in Izrael, ne pa tudi Slovenije. Število raziskovalcev v posamezni diviziji je prikazano v zgornji abeli.

Odmevi na izbiro

Čeprav sama razglasitev zmagovalcev razpisa v javnosti ni bila tako odmevna, kot bi se morda za največji evropski vložek v znanost v naslednjih 10 letih spodobilo, je bilo v znanstvenih medijih temu drugače1 2.

Kljub temu, da pridobitev tega projekta pomeni velik priliv denarja v nevroznanost, je bilo na račun projekta izraženih kar nemalo pomislekov, predvsem s strani nevroznanstvenikov samih.

Poleg nekaterih konceptualnih dvomov okrog zmožnosti in uporabnosti popolne simulacije možganov, ki jih je za eSinapso zapisal Aleš Belič6, pomisleki letijo tudi na velike obljube, ki jih projekt postavlja. Le-te bi namreč znale pomeniti razočaranje javnosti nad dejanskimi rezultati projekta. Poleg tega je večkrat slišati strah, da bo projekt na nek način centraliziral sredstva namenjena nevroznanosti v Evropi in s tem otežil razvoj manjših skupin.

Vseeno gre za velik kos evropske raziskovalne pogače, ki je sedaj v rokah nevroznanstvenikov. Na nas je priložnost, da res premaknemo nevroznanost na naslednji nivo, prav tako pa odgovornost, da bdimo nad tem, da je vložek smotrno porabljen - bodisi z aktivno participacijo v projektu, bodisi s tem da zastavljamo vprašanja konzorciju že tekom samega projekta.

    ___
  1. Kupferschmidt K.; Graphene and Brain Projects Win European Jackpot. 2013. Science 

  2. Abbott A.; Brain-simulation and graphene projects win billion-euro competition. 2013. Nature 

  3. The Human Brain Project, A Report to the European Commission, April 2012 PDF 

  4. To poročilo je bilo objavljeno aprila 2012 in se morda ne ujema popolnoma z dejansko sprejeto prijavo, ki je bila oddana oktobra 2012. 

  5. Miha Pelko; Možgani, računalniki - nekaj vmes; 2011, eSinapsa 

  6. Aleš Belič; Matematično modeliranje možgan, ali kako se izgubiti v gozdu, ko iščemo drevesa.; 2012, eSinapsa 

Miha Pelko,
Institute for Adaptive and Neural Computation,
University of Edinburgh