Das zehnjährige europäische Human Brain Project (HBP) geht im September dieses Jahres zu Ende und markiert damit einen bedeutenden Moment in der Geschichte der digitalen Neurowissenschaften und der KI.
Initiiert im Jahr 2013, der HBP ist ein Pionierprojekt im Bereich der Neurowissenschaften und der Technologie, bei dem es darum geht, realistische Simulationen des menschlichen Gehirns zu erstellen.
Im März dieses Jahres trafen sich fast 700 Forscher aus 27 Ländern zum letzten HBP-Gipfel in Marseille, Frankreich, um die bleibenden Beiträge des Projekts und den weiteren Weg der Hirnforschung zu diskutieren.
Die Forscher präsentierten die Fülle wissenschaftlicher Beiträge, die aus dieser Zusammenarbeit hervorgegangen sind, und positionierten das Projekt als einen Eckpfeiler der multidisziplinären Forschung oder "Big Science", mit der wissenschaftliche Programme mit massiver Finanzierung auf internationale Ebene ausgeweitet werden sollen.
Obwohl das HBP grandiose Ziele verfolgt und mit rund 600 Mio. € ($651 Mio. €) finanziert wird, war es nicht immer ein Selbstläufer.
Während seiner 10-jährigen Laufzeit stand das Projekt im Mittelpunkt zahlreicher Kontroversen, einschließlich einer Petition von etwa 150 Neurowissenschaftlern, die erklärten, dass sie nicht teilnehmen würden, bis der leitende Direktor, Henry Markram, entlassen würde.
Der Führungsstil von Markram wurde als chaotisch und sporadisch beschrieben und b2016 verlor er seinen Posten in der Projektleitung und wurde angewiesen, nicht mit der Presse zu sprechen.
Von 2016 bis 2020 wurde die Verwaltung des Projekts stark umstrukturiert.
Dennoch bleibt das HBP eines der ehrgeizigsten Projekte seiner Art und ist mit Tausenden von Studien verbunden.
Als die Forschung im Bereich der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens (ML) in den letzten Jahren an Fahrt aufnahm, begann das HBP, seine ehrgeizigen Visionen zu verwirklichen, um die kompliziertesten Prozesse des Gehirns zu modellieren, blieb aber weitgehend hinter dem Ziel zurück, ein echtes Verständnis von schwer fassbaren Konzepten wie dem Bewusstsein zu erlangen.
Man könnte sagen, dass die Komplexität des menschlichen Gehirns das ehrgeizigste neurowissenschaftliche Projekt der Welt besiegt hat.
Dies kann jedoch die anderen Erfolge des Projekts nicht völlig in den Hintergrund drängen.
Laut Katrin Amunts, der wissenschaftlichen Forschungsdirektorin des HBP, hat das Projekt "weltweit führende 3D-Gehirnatlanten, Durchbrüche für die personalisierte Medizin auf der Grundlage der computergestützten Gehirnmodellierung, vom Gehirn abgeleitete KI und Computertechnik, die einen neuen Weg für die Technologie eröffnet, und vieles mehr" hervorgebracht.
Trotz des bevorstehenden Abschlusses des HPB waren die Forscher auf der Konferenz optimistisch, was die zukünftigen Auswirkungen betrifft.
"Ein Projekt hat per Definition immer einen Anfang und ein Ende, aber was wir jetzt am Ende des Human Brain Project sehen, ist eine Fortsetzung", sagt Viktor Jirsa, Forscher an der Universität Aix-Marseille.
Stephanie Forkel von der Radboud-Universität in den Niederlanden betonte die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit: "Wir sind alle aus unseren Silos herausgekommen."
In einem auf dem Gipfel vorgestellten Papier, an dem 98 Forscher aus 16 Ländern mitgewirkt haben, wird eine gemeinsame Vision für diesen Bereich dargelegt.
Das Papier, das während der Veranstaltung an die Europäische Kommission übergeben wurde, beschreibt "die Forschungsbereiche, die wir für die nächsten Jahre sehen, die benötigten Instrumente und die zentralen Möglichkeiten", so Amunts.
Der Beitrag des HBP zur Medizintechnik
Eine Vorzeigeleistung des HBP ist EBRAINSeine Forschungsinfrastruktur, die offenen Zugang zu einer Fülle von Daten, fortschrittlichen Technologien und Dienstleistungen für die Hirnforschung bietet.
Durch die Zusammenführung von 3D-Karten, die etwa 200 Strukturen in der Großhirnrinde und in tieferen Regionen des Gehirns abdecken, entwickelten die HBP-Forscher den Human Brain Atlas, der über die Plattform verfügbar ist.
Dieser umfassende Atlas bietet eine vielschichtige Sicht auf die Architektur des Gehirns, die von zellulären und molekularen Strukturen bis hin zu funktionellen Clustern und Konnektivitätsnetzwerken alles umfasst.
"Stellen Sie sich den Human Brain Atlas als Google Maps für die Neurowissenschaften vor", sagte Amunts in einer Pressekonferenz anlässlich des HBP Summit 2023 im März.
Die Neurowissenschaftlerin Nicola Palomero-Gallagher unterstreicht den Nutzen dieser Plattform: "Für Arbeiten, für die ich früher zwei Tage brauchte, benötige ich jetzt nur noch zehn Minuten. Ich arbeite mit dem menschlichen Hirnatlas auf EBRAINS, der enorm große Datenmengen enthält, die man nicht einfach auf einem normalen Laptop verarbeiten kann. Man braucht Supercomputer... Jetzt hat sich das wirklich vereinfacht, und ich kann von überall auf der Welt auf die Daten zugreifen und mit ihnen arbeiten - und das kann jeder Forscher in der Hirnforschung auch!"
Auch im klinischen Bereich gab es zahlreiche Erfolge. Die aus dem Projekt hervorgegangene Forschung war entscheidend für die Erforschung und Entwicklung neuer Therapien für neurologische Erkrankungen wie Epilepsie und Parkinson-Krankheit.
SWissenschaftler erforschen Möglichkeiten, Techniken zur Tiefenhirnstimulation einzusetzen, die zunächst modelliert und durch HBP-Forschung verstandenum die Symptome der Parkinson-Krankheit zu lindern.
Mit KI visuelle Reize verstehen
Eine der wichtigsten Errungenschaften des HBP in den letzten Jahren ist das Verständnis dafür, wie die Gehirn verarbeitet visuelle Reize.
Forscher der Universität Amsterdam stellten fest, dass die visuellen Interpretationen des Gehirns nicht nur von den visuellen Eigenschaften der Reize, sondern auch von auditiven und taktilen Informationen abhängen. Unser Sehsinn ist eng mit anderen Sinnen wie dem Gehör und überraschenderweise auch dem Tastsinn verbunden.
Dies deutet darauf hin, dass unser Verständnis der Umwelt ein interaktiver und multisensorischer Prozess ist, als bisher angenommen.
HBP-Forscher Cyriel Pennartz, einer der Autoren der Studie, erklärte, dass diese multimodale Sichtweise der sensorischen Verarbeitung die Theorie des "Neurorepräsentationalismus" unterstützt, die die Wahrnehmung als "Konstruktion von bestmöglichen Repräsentationen unserer Umgebung" betrachtet.
Auf der Grundlage dieser Forschung trainierten Wissenschaftler der Technischen Universität Graz im Rahmen des HBP ein groß angelegtes KI-Modell, das den primären visuellen Kortex der Maus nachahmt.
Dann wird ein separate Studie ein Gehirnimplantat entwickelt, das Sehbehinderten das Augenlicht wiedergibt, nachdem sie Tests haben gezeigt, dass die Stimulation des visuellen Kortex die visuelle Wahrnehmung bei Affen fördert.
Dieser Ansatz stimuliert direkt das Gehirn und umgeht dabei die Augen und den Sehnerv. Er wurde bereits in einem Prothesenprototyp die es einer blinden Frau ermöglichte, "einfache Formen und Buchstaben zu sehen" - ein beispielloser Fortschritt bei der Behandlung von Blindheit.
Im Jahr 2023 ist eine explosionsartige Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) zu beobachten, die Daten aus dem Gehirn genau lesen und analysieren und in Modelle des maschinellen Lernens (ML) einspeisen können.
BCIs sind Wiederherstellung des Lebens nach einem Schlaganfall und Unfallüberlebende, Gelähmte und Menschen, die an schwächenden Krankheiten wie Amyotropher Lateralsklerose (ALS) leiden.
Dies ist eine Ära, in der KI-Modelle eine Reihe von mechanischen und technologischen Geräten antreiben, die es den Menschen ermöglichen Bypass-Wirbelsäulenverletzungen auf natürliche Weise zu gehen, sprechen, indem sie sich Gedanken vorstellenund realistische Bilder heraufbeschwören, indem sie sie visualisieren.
In nicht allzu ferner Zukunft könnte eine Technologie, die es dem Menschen ermöglicht, komplexe Handlungen durch Gedanken zu manifestieren, in die kommerzielle Produktion gehen.
Lektionen für Big Science
Obwohl das HBP eine Reihe von Errungenschaften in der neurowissenschaftlichen, biologischen und technologischen Forschung bietet, ist es nicht ohne Rückschläge geblieben.
Ein solcher Streitpunkt ist der zu ehrgeizige Umfang des Projekts, das darauf abzielt, ein umfassendes Verständnis des gesamten menschlichen Gehirns zu erlangen, eine Aufgabe, von der viele glauben, dass sie noch jenseits unserer derzeitigen technologischen und wissenschaftlichen Möglichkeiten liegt.
Während jüngste Studien zwar Fortschritte bei der Konstruktion leichter KI-Hardware gemacht haben, die Neuronen und anderen Gehirnstrukturen nachempfunden ist, aber die Komplexität und Effizienz biologischer Gehirne übersteigt den Stand der Technik.
Obwohl das Projekt sehr umfangreich ist, wurden die wissenschaftlichen Ergebnisse als bruchstückhaft und mosaikartig beschrieben, da sie sich auf einzelne Aspekte des Gehirns konzentrieren und nicht, wie ursprünglich beabsichtigt, auf eine ganzheitliche Sichtweise.
Yves Frégnac, Mitglied des HBP, fasste dies mit den Worten zusammen: "Ich sehe nicht das Gehirn, ich sehe Teile des Gehirns".
Auch das HBP wurde von finanziellen Problemen geplagt. Ursprünglich war ein Budget von 1 Milliarde Euro versprochen worden, die endgültige Zuweisung betrug 607 Millionen Euro.
Auch wenn die Zukunft des HBP ungewiss ist, bietet das Projekt - sowohl in Bezug auf die Forschung als auch auf das Management und die Organisation - wertvolle Lektionen über die Fallstricke und die Komplexität von Big Science, insbesondere wenn riesige Budgets und hohe Erwartungen mit grandiosen Visionen kollidieren.
Da das Projekt nun in sein letztes Kapitel eintritt, wird es als ein entscheidender, wenn auch manchmal polarisierender Meilenstein in unserem Bestreben, das komplexeste Organ des menschlichen Körpers zu verstehen, in Erinnerung bleiben.
