Simulation: Startschuss für Human Brain Project

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Das Human Brain Project ist offiziell gestartet. Die 135 Partnerinstitutionen des ehrgeizigsten, von der Europäischen Union mitfinanzierten und insgesamt auf 1,2 Mrd. Euro budgetierten neurowissenschaftlichen Projekts der Welt treffen sich für den Startschuss in der Schweiz. Über 130 europäische und aussereuropäische Forschungseinrichtungen sowie Hunderte Forscherinnen und Forscher aus allen Bereichen: Das Human Brain Project ist das ehrgeizigste je auf seinem Gebiet in Angriff genommene Forschungsvorhaben. Ziel ist die Erarbeitung von Mitteln für ein besseres, tiefgreifendes Verständnis der im menschlichen Gehirn ablaufenden Mechanismen. Diese Erkenntnisse werden bei der Entwicklung neuer Technologien in den Bereichen Medizin und Informatik entscheidend sein. Heute, am Montag, den 7. Oktober trafen sich die Projektpartner auf dem Campus der für die Koordination verantwortlichen Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). Eine ganze Woche lang werden Neurowissenschaftler, Ärzte, Informatiker und Robotikspezialisten gemeinsam die letzten Feinabstimmungen vornehmen. Sechs Monate nachdem das Human Brain Project von der EU im Rahmen ihres FET-Flagship-Programms ausgewählt wurde, fällt nun der Startschuss zu diesem beispiellos komplexen und auf insgesamt 1,2 Mrd. Euro budgetierten Projekt.

Sechs Plattformen für die Projektentwicklung

In dieser ersten Phase soll das Human Brain Project Forschungsplattformen mit aufeinander abgestimmten technischen Hilfsmitteln einrichten, mit denen anschliessend die Projektziele erreicht werden können. Die insgesamt sechs Plattformen betreffen die Bereiche Neuroinformatik, Gehirnsimulation, Hochleistungsrechnen, Medizininformatik, neuromorphe Datenverarbeitung und Neurorobotik.

Die Wissenschaftler haben 30 Monate, um diese Plattformen aufzubauen und zu testen. Ab 2016 stehen diese dann nicht nur den Forschungspartnern des Human Brain Project, sondern auch anderen Wissenschaftsteams aus aller Welt zur Verfügung. Diese Ressourcen – Simulationen, Hochleistungsrechner, neuromorphe Hardware und Datenbanken – werden wie bei anderen bedeutenden Forschungsinfrastrukturen, z.B. die grossen Astronomieteleskope, auf Wettbewerbsbasis verteilt.

Neurowissenschaften, Medizin und Technologien: Ziele des Human Brain Project

Auf dem Gebiet der Neurowissenschaften müssen die Forscherinnen und Forscher eine riesige Menge an Daten integrieren, die vor allem aus Tausenden jedes Jahr zu diesem Thema veröffentlichten wissenschaftlichen Artikeln stammen. Die Neuroinformatikplattform soll aus diesen zahlreichen Quellen so viele Informationen wie möglich gewinnen und in eine Kartografie einbinden, die alle Organisationsebenen von der Zelle bis zum ganzen Gehirn beschreibt. Genau diese Daten dienen dann zur Entwicklung der Gehirnsimulationsplattform. Die Plattform für Hochleistungsrechnen muss langfristig die für diese ehrgeizigen Entwicklungen erforderliche Rechenleistung bereitstellen.

Die am Projekt beteiligten Ärzte sollen die bestmöglichen Methoden für die Diagnose neurologischer Erkrankungen erarbeiten. Es gilt, solche Pathologien möglichst früh zu erkennen, damit die Patienten eine massgeschneiderte Behandlung erhalten und so oft irreversible Schäden vermieden werden. Dies ist insbesondere die Aufgabe der Plattform für Medizininformatik, die in einem ersten Schritt die anonymisierten klinischen Daten Hunderter Patienten in Zusammenarbeit mit Spitälern und pharmazeutischen Unternehmen zusammenstellen und analysieren wird.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Human Brain Project ist die Entwicklung sogenannter neuroinspirierter Technologien. Zurzeit in der Entwicklung befindliche Mikrochips ahmen die Funktionsweise von Neuronennetzen nach, deren ausserordentliche Lern- und Widerstandsfähigkeit für bestimmte Anwendungen genutzt werden soll. So lautet der Auftrag der Plattform für neuromorphe Datenverarbeitung. Die Plattform für Neurorobotik hat dann die Aufgabe, die Simulation von neuronalen Netzen in vorerst virtuelle Roboter zu integrieren, die so über neue Fähigkeiten beispielsweise in Bezug auf Lernen oder Widerstandsfähigkeit verfügen sollen.

Nächste Etappe: 2016

Die genannten Plattformen sind Teil eines globalen und in sich schlüssigen Projekts. Die Forscherinnen und Forscher setzen zum Beispiel auf Gehirnsimulationen, um die Mechanismen neurologischer Erkrankungen besser zu verstehen und neue Behandlungsansätze zu ermitteln. Ferner hofft man, die Funktionsprinzipien offenzulegen, mit denen die Entwicklung neuroinspirierter Technologien beschleunigt werden kann. Gleichzeitig könnten diese Technologien zur Deckung des Bedarfs an Rechenleistung für Simulationen beitragen. Der Erfolg des Human Brain Project hängt zu einem grossen Teil vom Austausch zwischen den sechs Plattformen ab.

Die beteiligten Forscherinnen und Forscher haben nun zweieinhalb Jahre Zeit, um diese Plattformen fertig einzurichten. Danach verfügen sie über die für die Erreichung der Ziele notwendigen Infrastrukturen, Hilfsmittel und Methoden. Fast sechs Monate nach Auswahl durch die Europäische Union ist das Projekt nun gestartet.

 

Bild: Reifung des Gehirns eines Kleinkinds, mit Magnetic Resonance Imaging am INSERM-CEA, Frankreich, dargestellt.

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