Blå hjerne projekt: En rekonstruktion af hjernen

14 oktober, 2019
Det ambitiøse schweiziske projekt kendt som blå hjerne søger at lave den mest detaljerede digitale model til dato af hjernens arkitektur og funktion.

Initiativet, ved navn blå hjerne projekt, blev skabt i 2005 af den schweiziske professor, Henry Markram.

Astrofysikere ser udenfor vores planet for at opdage, hvordan rummet fungerer. Lige sådan ser neuroforskere ind i den menneskelige krop for at studere hjernen. Sådan et ambitiøst mål, en gængs aspiration blandt videnskabsmænd i årtier, er nu et reelt forskningsprojekt.

Blå hjerne projekt: Hjernens digitale kort

Det er meget karakteristisk af mennesker at tegne kort for at kunne repræsentere fund fra forskning eller viden generelt. Det er faktisk sådan, information spreder sig gennem generationer.

Lignende hvordan New World´s Maps repræsenterede vejene for et helt nyt kontinent, stiler blå hjerne projekt efter at bygge et digitalt kort, som genskaber den menneskelige hjernes neurale veje, samt hvordan de opererer, på den mest præcise måde til dato. Dette kort ville tillade forskere at udforske selv de mest fjerne dele af dette organ.

For at kunne få en præcis repræsentation af den menneskelige hjernes arkitektur og funktionelle dynamik, bruger dette initiativ rekonstruktionen af gnaverhjerner som et startpunkt.

Brain Mind Institute of École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ville i maj 2005 rekonstruere hjernens struktur og funktioner på en biologisk detaljeret måde. Teknikken, der bliver anvendt, som hedder omvendt teknik, får faktisk projektet til at bestå primært at simulationer og repræsentationer af hjernen.

Forskere valgte en gnavers hjerne som et repræsentativt grundlag for den menneskelige hjerne (som helt sikkert er endnu mere kompleks). Den blev valgt på grund af dens ligheder, i en anden kredsløb skala, som et pattedyrs hjerne.

Teknologien bag dette initiativ bruger en Blue Gene supercomputer, som styrer en NEURON software.

Elektronisk hjerne

Andre relaterede projekter

Projektets empiriske grundlag, og den model, der bruges til dette grundlag, er begge et kort over hjernens neuronforbindelser, der hedder connectome. Denne model involverer realistiske digitale simulationer af hjernens neuroner. Videnskabsmænd håber, det bliver et fuldkomment leksikon over hjernen og sindets mysterie.

Men et projekt med sådan en størrelsesorden ville selvfølgelig næsten ikke kunne overleve uden nogle internationale samarbejdspartnere. Det er derfor, der er andre under-projekter skabt til specifikt at støtte blå hjerne projekt, inklusiv:

  • Cajal blå hjerne projekt, koordineret af CeSViMa (the Supercomputing and Visualization Center of Madrid).
  • Joshua blå projekt af IBM, som stiler efter at bygge kunstig intelligens computere og software, som efterligner den menneskelige hjerne.
  • HBP eller human brain project, som mange europæiske universiteter bidrager til blå hjerne gennem, med deres egne specifikke videnskabelige og beregningsmæssige indsatser til at udforske den menneskelige hjerne.

Hvad er forskellen mellem blå hjerne projekt og andre lignende projekter?

Rekonstruktioner og simulationer, som supercomputere tillader blå hjerne at præsentere, er en radikalt ny tilgang til at forstå hjernens aktivitet ved at se den som en struktur bestående af flere niveauer. Denne struktur af “lag” gør derfor plads til hjernens funktionelle mangfoldighed og dens uendelige kompleksitet.

Dette perspektiv muliggør en af de mindst tilgængelige videnskabelige udfordringer, som videnskaben står overfor på nuværende tidspunkt: At forstå hjernen som et komplekst system, der består af flere skalaer. Det er en opgave, hvor denne form for simulation-neurovidenskab er grundlæggende.

Den overraskende detalje, som neuronal modellering opererer med i dette projekt, ville ultimativt involvere konstruktionen af en simulation af hjernen på et molekulært niveau. Derefter ville det ende med at åbne dørene til nye studier af gen-udtryk og til sidst til hidtil usete kliniske fordele.

En kort historie bag projektet

  • 2005. Den første cellulære model blev lavet.
  • 2008. Den første kunstige cellulære neokortiske søjle bestående af 10.000 celler blev bygget.
  • 2011. Blå hjerne projekt bygger en model, som ganger antallet af søjler i den tidligere model med 100. Det giver et total på en million celler.
  • 2014. Officiel rekonstruktion af en cellulær rottehjerne.
  • 2023. Dette år forventer blå hjerne projekt at have en fuld rekonstruktion af en menneskehjerne med en total på 100 milliarder celler.
Blå hjerne projekt vil rekonstruere den menneskelige hjerne

Hvorfor så stor en indsats?

Udover de kliniske fordele, som sådan en dyb viden om hjernen ville bringe med sig, er der et ultimativt mål, som er langt mere mystisk end den sociale imaginære.

Ved at gøre rede for den indviklede artikulering af hjernens dele, kunne videnskabsmænd endelig få en ikke-teoretisk viden om menneskets bevidsthed. En opgave, som mange videnskabsmænd og tænkere i menneskets historie faktisk har dedikeret hele deres liv til.

For nu og som en optakt til de fantastiske fund, der er i vente, udgav blå hjerne projekt sit første digitale neurale atlas i 3D, blot sidste år. Den giver dybdegående information om typerne af hjerneceller, antallet af dem og deres position i en total af 737 hjerneregioner.

At gå fra den klassiske manualbog for neuroanatomi med simple tegninger til et 3D atlas af denne type er et af de største skridt i videnskaben i menneskets historie.

  • 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.