Gehirnforschung

Human Brain Project geht in die nächste Phase

Die Europäische Kommission und das Human Brain Project haben die Vereinbarung für die nächste zweijährige Projektphase unterzeichnet. Damit wurden 88 Millionen Euro rückwirkend vom April 2018 bis Ende März 2020 bereitgestellt.

Eine zentrale Bedeutung kommt den Verbindungen zwischen Hirnarealen zu: Die Forscher durchleuchten Gewebeschnitte mit polarisiertem Licht (Polarized Light imaging), um Nervenfaserbahnen sichtbar zu machen. Entsprechend ihrer Raumrichtung lassen sich die Fasern in verschiedenen Farben anzeigen (Bild: Forschungszentrum Jülich/Markus Axer)

Das Human Brain Projekt (kurz HBP) ist eines der größten neurowissenschaftlichen Projekte. In der zurückliegenden Phase wurden bedeutende Fortschritte auf dem Weg dazu gemacht, für die Neurowissenschaft des 21. Jahrhunderts eine einzigartige computergestützte Forschungsinfrastruktur zu schaffen. Das Projekt tritt nun in seine zweite operationale Phase ein, die sich auf die weitere Einbeziehung der weltweiten Forschungsgemeinschaft konzentriert. "Dieser sehr wichtige Schritt ist das Ergebnis der hervorragenden Arbeit unserer Mitarbeiter und Projektpartner in ganz Europa", sagt Prof. Katrin Amunts. Die Leiterin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1) des Forschungszentrums Jülich und des C.u.O.-Instituts für Hirnforschung am Universitätsklinikum Düsseldorf sitzt seit 2016 dem zentralen wissenschaftlichen Lenkungsgremium des Projekts vor. Daneben leitet sie den Teilbereich "Human Brain Organisation", der Daten und Konzepte beiträgt, um das bisher umfassendste Model des menschlichen Gehirns als digitalen und online zugänglichen Atlas zu erstellen.

In den Mittelpunkt rückte das Ziel einer neuartigen Hightech-Forschungsinfrastruktur für die Neurowissenschaften, um der enormen Komplexität des Gehirns begegnen zu können. Sie besteht heute aus sechs Technologieplattformen, darunter eine Neuroinformatik-Plattform mit digitalen Werkzeugen für Datenanalyse, eine Simulationsplattform, ein Netzwerk von Supercomputing-Zentren in ganz Europa sowie neuartige neuromorphe Computer- und Neurorobotik-Systeme. Diese werden in enger Zusammenarbeit mit experimentell und theoretisch arbeitenden Neurowissenschaftlern entworfen und von diesen genutzt. "Dass wir diese hochgradig interdisziplinäre Struktur etablieren konnten, hat sich als wissenschaftlich äußerst fruchtbar erwiesen", sagt Prof. Katrin Amunts. "Jetzt werden wir uns mehr und mehr darauf konzentrieren, die breitere Forschungsgemeinschaft außerhalb von HBP einzubinden und ihre Forschungsbedürfnisse in die Entwicklungen unserer Ingenieure einfließen zu lassen." Zu den Vorhaben gehört unter anderem, die sechs Plattformen in einer einzigen, der "HBP Joint Platform", zu vereinen und ein HBP "High-Level Support Team" für die Anwender aufzubauen.

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Riesige Datenmengen auswerten
Mit der Zusammenführung von Neurowissenschaft und digitaler Infrastruktur adressiert das Projekt eines der größten Probleme der heutigen Hirnforschung, erklärt Katrin Amunts: "Die immense Komplexität des Gehirns hat in der Wissenschaft zu sehr engen Spezialisierungen und einer gewissen Fragmentierung der Hirnforschung geführt. Riesige Datenmengen werden produziert, aber die Integration in ein zusammenhängendes Bild des Gehirns wird dabei immer schwieriger." Die neue Infrastruktur des HBP ermöglicht Forschern deshalb die Kombination und Integration extrem umfangreicher und unterschiedlicher Daten, um zusammenhängende mehrstufige Modelle zu entwickeln, sie in Simulationen zu testen und in einer produktiven Schleife als Basis für neue Experimente zu nutzen. Damit wird eine neue Zugangsweise für das Verständnis der Gehirnfunktion in der Grundlagenforschung, ebenso wie klinische Forschung zum Verständnis von Erkrankungen des Gehirns und neuen Therapieansätzen geschaffen. Auch die Technologieentwicklung profitiert: An der Schnittstelle zwischen Neurowissenschaften und Informatik treibt das Projekt die Entwicklung neuartiger stärker biologisch inspirierter Künstliche Intelligenz-Systeme und innovativer Konzepte für Höchstleistungsrechner voran.

Am Forschungszentrum Jülich tragen viele Wissenschaftler dazu bei, so etwa die Bildgebungsexperten um Prof. Simon Eickhoff, theoretische Neurowissenschaftler um Prof. Markus Diesmann, der eines der zentralen Simulationswerkzeuge des Projekts, das "Neural Simulation Tool", kurz NEST, entwickelt hat, oder Prof. Paolo Carloni und Jun.-Prof. Giulia Rosetti, die die molekulare Dynamik von Rezeptoren im Gehirn simulieren. Auch dem Jülicher Supercomputing Center JSC kommt eine Schlüsselrolle im Human Brain Project zu: JSC-Direktor Prof. Thomas Lippert leitet die Supercomputing-Plattform des Projekts, die Ressourcen von fünf europäischen Supercomputing Centern für Neurowissenschaftliche Anwendungen bündelt.

Weltweit sind nach dem HBP eine Reihe großer neurowissenschaftlicher Projekte entstanden. Im Dezember 2017 gehörte das Projekt zu den Gründungsmitgliedern der International Brain Initiative (IBI), um die Zusammenarbeit zwischen diesen globalen Großprojekten zu fördern. "Mit den beachtlichen Fortschritten der vergangenen zwei Jahre können wir mit einem soliden Fundament und einem sehr spannenden Ausblick in die nächste Phase gehen", sagt Katrin Amunts. "Wir laden die wissenschaftliche und klinische Gemeinschaft ein, mit uns in Dialog zu treten, Projekte zu planen und die Plattformen zu testen und Feedback zu geben."

Weitere Informationen: www.humanbrainproject.eu/en/

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