Завършен е проекта на стойност 600 милиона евро за пресъздаване на човешкия мозък в компютър. Ето какво се получи
Human Brain Project завършва kym kraq na mesec септември 2023 година след 10 години работа. Nature проучва неговите достижения и проблематичното му минало.
Необходими бяха 10 години, към 500 учени и почти 600 милиона евро и в този момент планът „ Човешки мозък “ – едно от най-амбициозните проучвания, финансирани в миналото от Европейския съюз – е към своя край. Неговата смела цел бе да се разбере действието на човешкия мозък посредством моделирането му на компютър.
От началото на плана до момента учените от плана „ Човешки мозък “ (Human Brain Project – HBP) са разгласили хиляди публикации и са постигнали забележителен прогрес в неврологията, като да вземем за пример основаването на подробни 3D карти на най-малко 200 области на мозъка, създаването на мозъчни импланти за лекуване на слепота, потреблението на суперкомпютри за моделиране на функционалности като памет и схващане и създаването на лекувания за разнообразни мозъчни болести.
„ Когато планът започва, съвсем никой не вярваше в капацитета на огромните данни и опцията да се употребяват те или суперкомпютрите за моделиране на комплицираното действие на мозъка “, споделя Томас Скордас, заместител общоприет шеф на Европейската комисия в Брюксел.
Почти през цялото време обаче планът HBP е подложен на критика. Проектът не реализира задачата си за моделиране на целия човешки мозък – която доста учени още през цялото време смятаха за пресилена. Според члена на HBP Ив Френяк, когнитивен академик и шеф на научните проучвания във френската национална организация за научни проучвания CNRS в Париж, планът няколко пъти е променял посоката си и научните му резултати са били „ фрагментарни и мозаечни “. Според него планът не е съумял да обезпечи изцяло или изчерпателно схващане на мозъка.
„ Тук не виждам мозък, а единствено части от мозъка “, споделя Фрегнак.
Ръководителите на HBP се надяват да се приближат до това схващане благодарение на основаната от плана виртуална платформа EBRAINS. Тя съставлява набор от принадлежности и данни за визуализация, които учените от целия свят могат да употребяват за осъществяване на симулации и цифрови опити.
„ Днес разполагаме с всички принадлежности, с цел да създадем същински дигитален близнак на мозъка “, споделя Виктор Жирса, невролог от френския университет Екс-Марсилия и член на борда на шефовете на HBP.
Но финансирането на този филиал към момента не е несъмнено. И в един интервал от време, когато в другите страни се развиват грандиозни и скъпи планове за проучване на мозъка, учените в Европа са разочаровани, че тяхната версия се отхвърля.
„ Вероятно бяхме едни от първите, които стартираха тази вълна на интерес към мозъка “, споделя Хорхе Мехиас, компютърен невролог от Амстердамския университет, който се причисли към HBP през 2019 година Сега, споделя той, „ всички бързат, даже нямаме време да спим “.
Спорното минало
От самото начало HBP провокира разногласия. Когато започва през 2013 година, една от главните му цели бе да сътвори инструментите и инфраструктурата, нужни за по-доброто схващане на функционалността и организацията на мозъка и неговите болести, наред с по-малки планове в региона на фундаменталните и клиничните невронауки. Това бе една от двете дълготрайни научноизследователски стратегии, финансирани през тази година, които имаха за цел да подтикват индустрията в Европа, а другата бе план за изследване на капацитета на графена.
На HBP бяха обещани 1 милиарда евро (1,1 милиарда долара). В последна сметка бяха получени 607 млн. евро, в това число 406 млн. евро от Европейски Съюз, които бяха разпределени на четири стадия и предоставени на лабораториите, които се състезаваха за безплатни средства във всеки един стадий от работата.
Но още през първата година от действието си HBP се сблъска с проблеми. Основателят и някогашен шеф, неврологът Хенри Маркрам от Швейцарския федерален софтуерен институт в Лозана (EPFL), твърди, че HBP ще може да реконструира и симулира човешкия мозък на клетъчно равнище в границите на едно десетилетие. Твърденията на Маркрам провокираха мощен песимизъм от страна на невролозите. „ Когато науката избере нова посока, естествено е да има спорове„, споделя Маркрам.
Според Тимъти О’Лиъри, компютърен невролог от Университета в Кеймбридж, Англия, който не е взел участие в плана HBP, сходна висока цел може да е помогнала на плана да продължи напред. „ Малко евентуално е HBP да беше получил финансиране, в случай че не беше обвързван с някаква неуместно амбициозна цел„.
С течение на времето управлението на Маркрам става все по-непопулярно. През 2014 година той и още двама членове на изпълнителния комитет трансформират фокуса на плана, като изключват от него проучванията в региона на когнитивната неврология и оставят плана с мрежа от 18 лаборатории. Според Маркрам зародили са различия по отношение на финансирането на другите области. В отговор на това над 150 учени са подписали протестно писмо, в което приканват Европейската комисия да преразгледа задачите на HBP за втория кръг на финансиране. В писмото се споделя, че HBP е неприятно ръководен и частично е изгубил пътя си в научно отношение.
„ Стана ясно, че някои членове от общността на невронауките не са подготвени да се обединят под един покрив “, споделя Маркрам.
Европейски Съюз образува комитет от самостоятелни специалисти, които да прегледат напредъка на плана и да преразгледат научните му цели. Комитетът предложи HBP да преразгледа и по-ясно да формулира научните си цели, а когнитивната и систематичната неврология да бъдат включени в главната стратегия. През февруари 2015 година съветът на шефовете на HBP реши да разпусне изпълнителния комитет от трима души и да го размени с по-голям съвет.
Тази обстановка накара някои учени да се отнасят внимателно към плана. „ Този песимизъм лека-полека се затвърждаваше„, споделя Мехиас.
Междувременно в другите страни стартират или се развиват огромни планове за създаване на сходни центрове за проучване и суздаване на симулации на човешкия мозък. Съединени американски щати и Япония стартираха огромни и крупни планове за преструване на човешкия мозък почти по същото време като HBP: първият ще продължи до 2026 година, а вторият е с дълготрайност 15 години. Китайският мозъчен план започва през 2021 година, до момента в който австралийският и южнокорейският план към този момент навлязоха в седмата си година.
„ Драмата “ на HBP не завършва с отстраняването на изпълнителния комитет. Между 2016 година и 2020 година имаше редица промени във висшите ешелони на управлението на плана. Междувременно науката стартира да набира скорост. През 2016 година етапа на развиване на плана HBP докара до стартирането на шест профилирани оперативни платформи, обхващащи области като моделиране на мозъка, високопроизводителни разбори и калкулации и невророботика.
Идеята беше тези шест области да бъдат интегрирани с течение на времето, само че първоначално „ те бяха много самостоятелни “, споделя Катрин Амунтс, невролог в изследователския център в Юлих, Германия, и шеф на проучванията на HBP. „ Голям план като HBP включва самобитен развой на учене – не всичко работи съвършено през цялото време “, споделя тя.
Успехите
Като изключим ръководството, HBP натрупа редица значими и потребни научни данни. Чрез основаване и съчетание на 3D карти на към 200 структури на мозъчната кора и по-дълбоките елементи на мозъка учените от HBP са основали „ Атлас на човешкия мозък„, наличен посредством системата EBRAINS. Атласът изобразява многостепенната организация на мозъка – от неговата клетъчна и молекулярна архитектура до функционалните му модули и съгласуваност.
„ Атласът на човешкия мозък е нещо като Гугъл Maps, единствено че за мозъка “, сподели Амунтс на брифинг за пресата по време на срещата на върха на HBP 2023 през март.
Атласът употребява данни от постмортални проучвания на мозъка, с цел да сътвори стандартизирани карти, които регистрират естествените разлики сред хората. С помощта на атласа учените от HBP са разпознали шест незнайни до момента мозъчни области в префронталната кора, които вземат участие в обработката на паметта, езика, вниманието и музиката. Освен това атласът свързва своите карти с данните за генната експресия, съдържащи се в Allen Human Brain Atlas – база данни, създадена от Института Allen за мозъчни науки в Сиатъл, Вашингтон, която разказва невроните в целия мозък. Използвайки сдвоените атласи, откривателите схванаха по какъв начин измененията в генната експресия, свързани с депресията, са свързани със структурните и функционалните промени в една от областите на фронталния кортекс.
Изследователите от HBP създадоха и неповторими логаритми, които им разрешават да построяват пълномащабни модели на мозъчните райони въз основа на микроскопични изображения. С помощта на този инструмент учените са основали подробна карта на региона СА1 на хипокампуса – област, значима за паметта. Картата съдържа към 5 милиона неврона и 40 милиарда синапса.
Някои от резултатите от проучванията на HBP са намерили приложение в клиничната процедура: персонализирани модели на мозъка, или „ цифрови близнаци “, са употребявани за възстановяване на лекуването на епилепсията и заболяването на Паркинсон. Цифровите близнаци са математически изображения на мозъка на човек, при които сканирането на индивида се комбинира с модела, изяснява Джирса.
През юни 2019 година Джирса и сътрудниците му започват клинично проучване, наречено EPINOV, с цел да ревизират дали цифровите модели, построени въз основата на данни от мозъчни сканирания, могат да оказват помощ за идентифициране на произхода на пристъпите и да подобрят успеваемостта на интервенциите при епилепсия.
Това е „ нещо, което не бих могъл да направя отвън EBRAINS “, споделя Джирса.
Проучването EPINOV включва 356 участници от 11 френски лечебни заведения. Джирса се надява, че образните данни от изследването ще бъдат предоставени на други откриватели посредством EBRAINS.
Първоначалният проект на плана HBP е бил да се разработят изчислителни системи, моделирани по пример на мозъка. Учените от HBP са съдействали за основаването на невронни мрежи, които могат да моделират огромни системи, сходни на мозъка, или с цел да ревизират хрумвания за това по какъв начин работи мозъкът, или с цел да управляват друго съоръжение, като да вземем за пример роботи или смарт телефони.
Наследството от плана
В края на септември финансирането на плана ще бъде прекратено. Въпреки че някои от начинанията, зародили в границите на плана, към този момент са получили безплатни средства, с цел да продължат работата си, бъдещето на доста от откривателите, които отчасти или напълно са си сътрудничили с HBP, остава нестабилно.
Учените към този момент употребяват платформата EBRAINS за проучване на реакциите на мозъка посредством разнообразни комплицирани симулации благодарение на суперкомпютър и за създаването на роботи, в които се имитира работата на човешкия мозък.
В същото време Европейската комисия се готви да заключи резултатите. Окончателният обзор на плана ще стартира през ноември, а обявата се чака през януари 2024 година
„ Ако не желаеме да преживеем еквивалента на „ зимата на изкуствения разсъдък “ в международната неврология, би трябвало да я създадем респектираща. Трябва да преценим дали сходна водеща самодейност е добра концепция, или не “, споделя Фрегнак, който през цялото време подлага на критика този план.
Но в последна сметка този мегапроект сътвори едно цяло общество от учени, които са фокусирани върху постигането на една обща цел – проучването, моделиране и симулирането работата на човешкия мозък. Именно това е наследството от Human Brain Project, което задълго ще остане с нас.
