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Halbzeit beim Human Brain Project

Jülicher HBP-Kolloquium am 04. Oktober

Das HBP ist eines der größten jemals von der EU geförderten wissenschaftlichen Projekte und beschäftigt mehr als 800 Wissenschaftler an 120 europäischen Partnerinstitutionen. Um Durchbrüche im Verständnis des menschlichen Gehirns zu erzielen, verfolgt das Projekt den Ansatz, Neurowissenschaft und leistungsstarke Computertechnologien systematisch zu verknüpfen. Die wissenschaftliche Gesamtleitung liegt bei der Jülicher Neurowissenschaftlerin Prof. Katrin Amunts.

Jülicher HBP-Kolloquium am 04. Oktober



Die Teilnehmer des Kolloquiums erhalten einen Einblick in den laufenden Bau der HBP Joint Platform, einer weltweit einzigartigen Forschungs-Infrastruktur, die als dauerhafte europäische Technologieplattform den Fortschritt in Neurowissenschaft, Medizin und Computing beschleunigen soll. Die Vorträge zeigen, wie das HBP mit rechenintensiven Methoden neue wissenschaftliche Erkenntnisse über biologische Informationsverarbeitung im Gehirn gewinnt und für klinische Anwendungen, neue Computerchips, künstlicher Intelligenz und Robotik nutzbar macht.
Im Oktober 2016 hatte das HBP zunächst sechs Plattform-Prototypen der wissenschaftlichen Öffentlichkeit geöffnet, die Ressourcen der Neuroinformatik, Hirnsimulation, des Supercomputings, Medizininformatik, neuromorphes Computing und Neurorobotik bieten. Derzeit werden diese zu einer einzigen Plattform vereinigt. Wissenschaftler profitieren für ihre Forschung in zunehmendem Maße von den Plattformen des HBP. Zugleich formen sie die sich entwickelnde Infrastruktur durch ihre Daten, Modelle, Werkzeuge, und insbesondere durch herausfordernde Anwendungsbeispiele.
Unter Nutzung der neuen Forschungsmöglichkeiten widmen sich die HBP-Wissenschaftler dabei sowohl Grundlagen- als auch anwendungsorientierten Fragen. Vielversprechende Ergebnisse mit klinischer Relevanz konnten etwa in der Erforschung der Depression, der Epilepsie und der Erforschung von Bewusstseinsstörungen erzielt werden. Die Ergebnisse wurden bislang in insgesamt etwa 700 Artikeln in wissenschaftlichen Zeitschriften und hunderten Konferenzbeiträgen veröffentlicht. Einige Beispiele werden unten beschrieben.

Beispiele zum Stand der Forschung des Human Brain Project

  • HBP-Gehirnatlas: Mit experimentellen Methoden und anspruchsvoller Neuroinformatik baut das HBP einen digitalen 3D-Gehirnatlas für Forschung und Klinik. Sowohl in Auflösung als auch Informationsvielfalt wird dieser neue Maßstäbe setzen. Schon heute ist das in Entstehung befindliche System für Forscher weltweit online zugänglich.
  • Epilepsie: Die Erfolgsrate bei Epilepsieoperationen verbessern könnte ein Ansatz, der Methoden der Hirnmodellierung- und Simulation verbindet. Die Entwickler um HBP-Forscher Prof. Viktor Jirsa aus Marseille nutzen dazu personalisierte Hirnmodelle, in denen die bei epileptischen Anfällen auftretende Hirnaktivität für jeden Patienten simuliert wird. Das Verfahren soll Klinikern helfen, die Zonen zu identifizieren, in denen die Anfalls-Aktivität zuerst entsteht und sich über andere Areale verbreitet. Bei sogenannter „pharmakoresistenter“ Epilepsie, die auf Medikamente nicht anspricht, ist eine operative Entfernung dieser Zonen die einzige verbleibende Behandlungsmöglichkeit. Derzeit wird eine umfangreiche klinische Studie in 11 französischen Krankenhäusern vorbereitet, um den Ansatz auf die Probe zu stellen.
  • Sehen: Ein umfassenderes Verständnis über Struktur und Funktionalität des visuellen Systems des Gehirns wird für Forscher um Prof. Pieter Roelfsema in Amsterdam Grundlage für die Entwicklung einer Gehirnprothese für Blinde. Durch gezielte Stimulation der Neuronen in den visuellen Arealen soll diese den Betroffenen einmal helfen, ihre Umgebung zu erkennen.
  • Bewusstsein: Das Bewusstsein ist eine der größten Herausforderungen in den Neurowissenschaften. Forscher des HBP um Marcello Massimini in Mailand haben ein Verfahren entwickelt und klinisch erprobt, um den Bewusstseinszustand nicht ansprechbarer, also etwa komatöser, Patienten zu beurteilen. Dabei misst man mit EEG die Komplexität der Gehirnantwort nach transkranieller Magnetstimulation (TMS). Die gemessenen Werte scheinen als einer Art objektives Maß der Bewusstseinstätigkeit zu taugen. Neue Möglichkeiten, die das HBP für die Bewusstseinsforschung eröffnet, wurden 2018 auf der ersten HBP International Conference in Barcelona mit über 250 Teilnehmern diskutiert.
  • Gehirn-inspirierte Computerchips: Zu den Highlights des Colloquiums zählt der Vortrag von Prof. Karlheinz Meier aus Heidelberg, dem Leiter des Forschungsbereichs Neuromorphes Computing im HBP. Sein Team entwickelt den Chip BrainScaleS, der in seinen Verschaltungen biologischen neuronalen Netzen nachempfunden ist. Ein weiteres System, SpiNNaker, wird von HBP-Partnern in Manchester entwickelt. Neuromorphe Architekturen könnten für bestimmte Aufgaben der klassischen Computing-Architektur überlegen sein, darunter auch für Gehirnsimulationen. Sie sind daher ein mögliches „Modul“ im modularen Supercomputing-Konzept, einer Vision, die am Jülicher Supercomputing Center mit dem neuen Rechner JUWELS verfolgt wird.
  • Künstliche Intelligenz: Entwicklungen wie Neuromorphe Chips könnten haben das Potential, neue Künstliche Intelligenz-Systeme zu ermöglichen, die wesentlich stärker biologisch verankert sind als heutige Ansätze. Zugleich werden auch klassische KI-Methoden im HBP in vielfältiger Weise genutzt und weiterentwickelt. In Jülich dienen sie unter anderem dazu, das Gehirn immer schneller zu kartieren, oder Vorhersagen über den Verlauf von Erkrankungen aus Hirndaten zu treffen. Das Projekt befasst sich auch intensiv mit ethischen Dimensionen dieser Technologien.
  • Neue Formen des Supercomputings: Neurowissenschaftliche Daten werden durch steigende Auflösung der experimentellen Methoden mittlerweile so groß, dass zunehmend Supercomputer benötigt werden. Allerdings sind die Anforderungen der Hirnforscher andere als bei traditionellen Nutzercommunities, wie Astrophysikern oder Klimaforschern. Das HBP treibt wie keine andere Initiative weltweit das Zusammenwachsen der beiden Bereiche voran und hat zur Entwicklung von europäischen Innovationen wie interaktivem und modularem Supercomputing wesentlich beigetragen. Ebenfalls begonnen wurde der Aufbau der sogenannten FENIX-Infrastruktur, eines europaweit vernetzten Netzwerks von Supercomputing-Centern für den Austausch von Daten und Computingressourcen.
  • Kooperation und Lernen: 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 den globalen Großprojekten zu fördern. 2018 wurde ein Voucher-Programm gestartet, das die kooperative Nutzung der HBP-Plattform weiter vorantreiben wird. Zugleich betreibt das Projekt ein umfangreiches und hochgradig interdisziplinäres Schulungsprogramm, mit Lernveranstaltungen in ganz Europa und sogenannten MOOCs (engl. Massive Open Online Courses).

Terminhinweis:

„Open Day“ des Human Brain Project in Maastricht

15. Oktober: „Open Day“ des Human Brain Project in Maastricht

Am 15. Oktober 2018 richtet Prof. Rainer Goebel in Maastricht die jährliche Versammlung aller Europäischen Projektpartner des Human Brain Projects aus. Dem internen Meeting voraus geht der „HBP Open Day“, zu dem Öffentlichkeit und Medien herzlich eingeladen sind. Der Open Day wird zeigen, wie moderne Computertechnologien unser Verständnis des menschlichen Gehirns verbessern, wie dieses Wissen zur Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Instrumente für Hirnerkrankungen genutzt werden kann, und wie es neue Informationstechnologien inspiriert. Zum Programm gehören Vorträge und ein interaktiver „Science Market“, bei dem Besucher das Gehirn etwa in Virtual oder Augmented Reality erkunden oder mit smarten „Neurorobotern“ interagieren können. Die Teilnahme ist kostenlos, um Registrierung wird gebeten. Weitere Informationen unter: https://www.hbpopendaysummit-2018.org/en

Flyer: https://www.hbpopendaysummit-2018.org/download2455