Przewidywanie przyszłości cyfrowej neuronauki
Na łamach czasopisma „Imaging Neuroscience” opublikowano stanowisko, w którym omówiona została aktualna sytuacja i poziom zaawansowania cyfrowej neuronauki, z naciskiem na aspekty o największym znaczeniu dla dalszego rozwoju tej dziedziny. Artykuł ten jest owocem współpracy ponad 100 naukowców, których debata była zasilana pracami prowadzonymi w ramach dwóch projektów finansowanych ze środków Unii Europejskiej: trzeciej edycji Human Brain Project, realizowanej pod nazwą HBP SGA3, oraz inicjatywy EBRAINS 2.0. „Sposób, w jaki prowadzone są badania nad mózgiem, na przestrzeni czasu uległ gruntownej zmianie”, zauważa główna autorka artykułu prof. Katrin Amunts z Instytutu Neuronauki i Medycyny w centrum badawczym Forschungszentrum Jülich w Niemczech, organizacji będącej partnerem projektów HBP SGA3 i EBRAINS 2.0 w wywiadzie zamieszczonym na stronie projektu EBRAINS. Prof. Amunts pełni obecnie funkcję współdyrektora generalnego EBRAINS – otwartej infrastruktury badawczej, której celem jest przyspieszenie badań naukowych związanych z mózgiem, a w latach 2016–2023 zajmowała stanowisko dyrektora naukowego Human Brain Project. „Do transformacji tej dziedziny przyczyniły się technologie cyfrowe oraz nowe instrumenty, narzędzia i metody”, stwierdza prof. Amunts. „Jednym z przykładów jest nasz trójwymiarowy atlas mózgu, który przypomina model Ziemi znany z Google Maps. Oferuje nie tylko szczegółowe mapy mózgu, ale także dużą ilość danych i oprogramowania wspomagające pracę badacza. W ostatnich latach cyfryzacja otworzyła wiele drzwi między »hermetycznie zamkniętymi« subdyscyplinami w badaniach nad mózgiem i powiązanymi dziedzinami. Ponadto dzięki nowym projektom współpracy realizowanym na dużą skalę w Europie i na świecie powstaje efekt synergii oparty na wspólnym wykorzystaniu danych i narzędzi. W ten sposób naukowcom udaje się okiełznać ogromną dynamikę tych badań. Zmiana ta doprowadziła do istotnych osiągnięć na tym polu, otwierając coraz to nowe możliwości rozwoju badań nad mózgiem, medycyny i technologii inspirowanych mózgiem”.
Naukowa mapa drogowa
Z uwagi na szybką transformację opartą na technologiach cyfrowych, jaka ma miejsce w neuronauce, coraz ważniejsze staje się, by naukowcy byli w stanie przewidywać i kształtować przyszłe zmiany. W artykule przedstawiono to, co prof. Amunts opisuje jako rodzaj „naukowej mapy drogowej” wyznaczającej kierunki na najbliższą dekadę. W sumie zidentyfikowano osiem kluczowych obszarów badań w dziedzinie cyfrowej neuronauki. W artykule omówiono krótko-, średnio- i długoterminowe cele, a także nowatorskie zastosowania medyczne. „Jednym z przykładów (…) jest tak zwany cyfrowy bliźniak”, stwierdza badaczka, dodając, że „[cyfrowe] bliźniaki to komputerowe, matematyczne modele mózgu, które mogą być stale aktualizowane za pomocą danych pomiarowych. (…) Spersonalizowane dzięki temu modele będą w coraz większym stopniu umożliwiać nam poprawę diagnostyki i metod leczenia. Na przykład badania prowadzone w ramach projektu HBP stały się podstawą do analizy możliwości wykorzystania cyfrowego bliźniaka do lepszego planowania interwencji chirurgicznych w leczeniu padaczki. Co więcej, wirtualne mózgi umożliwiają nam weryfikację podstawowych hipotez badawczych dotyczących organizacji naszego najbardziej złożonego narządu, a jednocześnie torują drogę do opracowania innowacyjnych technologii inspirowanych układem nerwowym”. W artykule opisano również inne kluczowe obszary, takie jak cyfrowe atlasy o ultrawysokiej rozdzielczości i modele mózgu, które integrują wiele skal i modalności, a także neuropochodna sztuczna inteligencja i innowacyjne metody obliczeniowe. Istotną rolę odgrywa infrastruktura EBRAINS, która integruje dane z badań nad mózgiem dostarczane przez różne zespoły badawcze rozsiane po całym świecie, a następnie udostępnia zebrane dane innym użytkownikom. Ponadto infrastruktura oferuje naukowcom dostęp do najpotężniejszych europejskich superkomputerów za pośrednictwem sieci obliczeniowej o nazwie Fenix, a także do systemów obliczeniowych inspirowanych mózgiem – BrainScaleS oraz SpiNNaker. Projekt HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3) zakończył się w 2023 roku. Projekt EBRAINS 2.0 (EBRAINS 2.0: A Research Infrastructure to Advance Neuroscience and Brain Health) dobiegnie końca w grudniu 2026 roku. Więcej informacji: strona projektu HBP SGA3 strona projektu EBRAINS
Słowa kluczowe
HBP SGA3, EBRAINS 2.0, Human Brain Project, mózg, neuronauka, cyfrowa neuronauka
