Blue Brain – poznaj bliżej ten niesamowity szwajcarski projekt

Lipiec 19, 2019

Pewien ambitny szwajcarski projekt znany jako Blue Brain rozwinął najbardziej szczegółowy do tej pory cyfrowy model dotyczący architektury i funkcji mózgu rozpoczynając od mózgu gryzoni na ludzkim kończąc.

Astrofizycy patrzą w gwiazdy, by rozwikłać ich mechanikę. Tak samo neuronaukowcy patrzą w głąb nas, by rozwikłać zagadkę ludzkiego mózgu. To ambitne pragnienie, tęsknota za odkryciem, które narodziło się wiele dziesięcioleci temu ma obecnie swoje największe odbicie w postaci pewnego projektu badawczego. Inicjatywa ta nosi nazwę Blue Brain i narodziła się w 2005 r. jako dzieło szwajcarskiego profesora Henry’ego Markrama.

Cechą ludzką jest tworzenie map reprezentujących wyniki eksploracji, ponieważ w ten sposób można je zachować. Można je przekazać innym, by inni mogli ich używać.

Podobnie jak mapy Nowego Świata, wykonane z atramentu i papieru, reprezentowały ścieżki nowego kontynentu tak samo projekt Blue Brain próbuje opracować mapę. Mapę w formacie cyfrowym, która w jak najdokładniejszy możliwy sposób pokaże ścieżki neuronów ludzkiego mózgu i sposób ich aktywacji. Mapę, która pozwali nam poznać ostatnie, wciąż nieodkryte zakątki tego organu.

Aby dokładnie odtworzyć architekturę i dynamikę funkcjonalną ludzkiego mózgu rozpoczęto od inicjatywy cyfrowej rekonstrukcji mózgu gryzoni.

Początek projektu Blue Brain

Był to maj 14 lat temu, gdy Instytut Mózgu i Umysłu Federalnej Szkoły Politechnicznej w Lozannie (skrót EPFL od swojej francuskiej nazwy ) zaproponował szczegółową, biologiczną rekonstrukcję struktury i funkcji mózgu. W tym przypadku zastosowana technika to inżynieria odwrotna, a projekt opiera się na symulacjach i reprezentacjach mózgu.

Wybór mózgu gryzonia jako reprezentacyjnej podstawy ludzkiego mózgu, z pewnością bardziej złożonego, opiera się na jego podobieństwie. W innej skali obwodów, ale jako mózgu ssaków. Technologia stojąca za tą inicjatywą opiera się na superkomputerze Blue Gene, który używa programu komputerowego o nazwie NEURON.

„Z każdym bodźcem, który wyzwala emocję powstają nowe połączenia między grupami komórek w naszym mózgu”.

-Eduard Punset Casals-

Mózg od góry

Empirycznym fundamentem projektu i modelem, który jest wykorzystywany jako fundament jest mapa połączeń między neuronami mózgu znana jako konektom. Model ten obejmuje realistyczną, pod względem biologicznym, symulację cyfrową neuronów mózgowych. Dlatego oczekuje się, że stanie się encyklopedią tajemnic mózgu i umysłu.

Projekt o takiej skali trudno byłoby podjąć bez współpracy międzynarodowej. Dlatego równolegle wprowadzane są w życie inne projekty, które wspierają i uzupełniają Blue Brain.

  • Cajal Blue Brain Project koordynowany przez CeSViMa (Centrum Superkomputerowe i Wizualizacyjne w Madrycie).
  • Projekt Joshua Blue firmy IBM, którego celem jest stworzenie komputerów i programów sztucznej inteligencji, które kopiują działanie ludzkiego umysłu.
  • Projekt HBP lub Human Brain Project, w którym uniwersytety z różnych części Europy współpracują, by dzięki naukowym i obliczeniowym wysiłkom opracować szczegółową wiedzę o ludzkim mózgu.

Co odróżnia Blue Brain od innych projektów?

Rekonstrukcje i symulacje, które prezentuje nam Blue Brain dają nam zupełnie nowe podejście do rozumienia funkcji mózgu. Traktuje go jako strukturę o różnym poziomach. Te „warstwy” mogą zmieścić funkcjonalną różnorodność umysłu dzięki niezliczonej ilości zawiłości.

Ta perspektywa sprawia, że ​​jest to jedno z najtrudniejszych wyzwań naukowych stojących przed dzisiejszą nauką. Rozumienie mózgu jako złożonego systemu wieloskalowego. Jest to wysiłek, który dla tego rodzaju neurologii symulacji ma fundamentalne znaczenie.

Zaskakujący szczegół, na którym opiera się modelowanie neuronowe w tym projekcie ostatecznie obejmowałyby budowę symulacji mózgu na poziomie molekularnym. To z kolei otworzyłoby drzwi do badania skutków ekspresji genów. Oczekuje się, że uzyskane korzyści kliniczne będą bezprecedensowe.

Krótka historia projektu

  • 2005: najpierw ukończono pierwszy model komórkowy.
  • 2008: następnie zbudowano pierwszą sztuczną kolumnę komórek kory mózgowej złożonej z 10 000 komórek.
  • 2011: skonstruowano model, który zwiększył stukrotnie liczbę kolumn poprzedniego modelu i osiągnął w sumie milion komórek.
  • 2014: sztucznie zrekonstruowano mózg szczura na poziomie komórkowym.
  • 2023: na ten rok planowana jest rekonstrukcja ludzkiego mózgu, które będzie zawierać łącznie 100 bilionów komórek.
Blue Brain, czyli niebieski mózg

Dlaczego wkładają w niego tak dużo wysiłku?

Oprócz wspomnianych korzyści klinicznych, jakie przyniesie ze sobą tak głęboka wiedza o ludzkim mózgu istnieje również inny cel. Pokrywa się on z najbardziej praktycznym z nich i budzi jeszcze więcej kontrowersji wśród opinii publicznej.

Bo dzięki rozwikłaniu zawiłej artykulacji ludzkiego mózgu będziemy mogli w końcu osiągnąć coś więcej niż jedynie teoretyczne zrozumienie ludzkiej świadomości. Cel, nad którym pracowały setki naukowców i myślicieli na przestrzeni wieków.

Obecnie i jako wstęp do ekscytujących odkryć, które są jeszcze przed nami projekt Blue Brain opublikował swój pierwszy cyfrowy atlas neuronowy 3D. Dostarcza on informacji o typach komórek mózgowych i ich ilości oraz rozmieszczeniu łącznie 737 regionów mózgu.

Bo przejście z klasycznego podręcznika w twardej okładce – z jej dwuwymiarowymi rysunkami – do atlasu 3D tego typu jest, co najmniej, wielkim krokiem dla ludzkości.

  • Schonberg T, Fox CR, Poldrack RA (2011) Mind the gap: bridging economic and naturalistic risk-taking with cognitive neuroscience. Trends Cogn Sci 15: 11–19.
  • Vorhold V (2008) The neuronal substrate of risky choice: an insight into the contributions of neuroimaging to the understanding of theories on decision making under risk. Ann N Y Acad Sci 1128: 41–52.