Het tien jaar durende Europese Human Brain Project (HBP) loopt in september ten einde en markeert een schrijnend moment in de geschiedenis van digitale neurowetenschap en AI.
Geïnitieerd in 2013, de HBP is een baanbrekend project op het gebied van neurowetenschappen en technologie dat tot doel had realistische simulaties van het menselijk brein te bouwen.
In maart kwamen bijna 700 onderzoekers uit 27 landen samen voor de laatste HBP-top in Marseille, Frankrijk, om de blijvende bijdragen van het project en het pad voor hersenonderzoek te bespreken.
Onderzoekers toonden de rijkdom aan wetenschappelijke bijdragen die uit deze samenwerking zijn voortgekomen en positioneerden het project als een hoeksteen in multidisciplinair onderzoek, of "Big Science", dat wetenschappelijke programma's wil laten escaleren naar internationale schaal met massale financiering.
Hoewel het HBP gewapend is met grandioze doelstellingen en zo'n €600 miljoen ($651 miljoen) aan financiering, is het niet altijd van een leien dakje gegaan.
Tijdens de 10 jaar durende reis is het project het middelpunt geweest van talloze controverses, inclusief een petitie van ongeveer 150 neurowetenschappers die verklaarden dat ze niet mee zouden doen totdat de hoofddirecteur, Henry Markram, ontslagen zou worden.
De leiderschapsstijl van Markram werd beschreven als chaotisch en sporadisch, en by 2016 verloor hij zijn positie in de leiding van het project en kreeg hij het bevel om niet met de pers te spreken.
Van 2016 tot 2020 werd het beheer van het project grondig geherstructureerd.
Desondanks blijft het HBP een van de meest ambitieuze projecten in zijn soort en wordt het geassocieerd met duizenden onderzoeken.
Terwijl het onderzoek naar AI en machinaal leren (ML) de afgelopen jaren in een stroomversnelling raakte, begon het HBP zijn ambitieuze visies om het meest ingewikkelde proces van de hersenen te modelleren te vervullen, maar het schoot grotendeels tekort in het verkrijgen van een echt begrip van ongrijpbare concepten zoals bewustzijn.
Je zou kunnen zeggen dat het passend is dat de complexiteit van het menselijk brein 's werelds meest ambitieuze neurowetenschappelijke project heeft verslagen.
Dit overschaduwt echter niet alle andere successen van het project.
Volgens Katrin Amunts, wetenschappelijk onderzoeksdirecteur van het HBP, heeft het project "wereldleidende 3D-hersenatlassen, doorbraken voor gepersonaliseerde geneeskunde op basis van computationele hersenmodellering, van het brein afgeleide AI en computers die een nieuw pad voor technologie bieden, en nog veel meer" opgeleverd.
Ondanks de naderende afsluiting van de HPB waren de onderzoekers op de conferentie optimistisch over de toekomstige gevolgen ervan.
"Een project heeft per definitie altijd een begin en een einde, maar wat we nu zien aan het einde van het Human Brain Project is een voortzetting," zei Viktor Jirsa, een onderzoeker van de Aix-Marseille Universiteit.
Stephanie Forkel van de Radboud Universiteit in Nederland benadrukte het belang van internationale samenwerking: "We zijn allemaal uit onze silo's gekomen."
In een document dat tijdens de top werd gepresenteerd en dat mede is geschreven door 98 onderzoekers uit 16 landen, wordt een collectieve visie voor het veld uiteengezet.
Het document, dat tijdens het evenement aan de Europese Commissie werd overhandigd, beschrijft "de onderzoeksgebieden die we voor de komende jaren zien, de benodigde instrumenten en de centrale kansen", aldus Amunts.
De bijdrage van HBP aan medische technologie
Een vlaggenschip van de HBP is EBRAINSEen onderzoeksinfrastructuur die open toegang biedt tot een schat aan gegevens, geavanceerde technologieën en diensten voor hersenonderzoek.
Door het samenvoegen van 3D-kaarten van ongeveer 200 structuren in de hersenschors en diepere delen van de hersenen, ontwikkelden HBP-onderzoekers de Human Brain Atlas, die beschikbaar is via het platform.
Deze uitgebreide atlas biedt een gelaagde kijk op de architectuur van de hersenen en omvat alles van cellulaire en moleculaire structuren tot functionele clusters en connectiviteitsnetwerken.
"Zie de Human Brain Atlas als de Google Maps voor neurowetenschap," zei Amunts tijdens een persbriefing op de HBP Summit 2023 in maart.
Neurowetenschapper Nicola Palomero-Gallagher onderstreepte het nut van dit platform: "Werk waar ik vroeger twee dagen over deed, kost me nu nog maar tien minuten. Ik werk met de atlas van het menselijk brein op EBRAINS, die enorm grote data bevat die je niet kunt verwerken op een normale laptop. Je hebt supercomputers nodig...Nu is dit echt vereenvoudigd en kan ik overal ter wereld toegang krijgen tot de data en ermee werken - en dat kan iedere onderzoeker in de hersenwetenschap!"
Er zijn ook veel klinische successen geboekt. Onderzoek dat voortkomt uit het project is van cruciaal belang geweest bij het onderzoeken en ontwikkelen van nieuwe therapieën voor neurologische aandoeningen zoals epilepsie en de ziekte van Parkinson.
Scientists are exploring ways to employ deep brain stimulation techniques, initially modeled and begrepen door HBP-onderzoekom de symptomen van de ziekte van Parkinson te verlichten.
AI gebruiken om visuele stimuli te begrijpen
Een van de belangrijkste prestaties van het HBP van de afgelopen jaren is het begrijpen hoe de hersenen verwerken visuele stimuli.
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam stelden vast dat de visuele interpretaties van de hersenen afhankelijk zijn van auditieve en tactiele input, en niet alleen van de visuele eigenschappen van de stimuli. Ons gezichtsvermogen is nauw verbonden met andere zintuigen, zoals ons gehoor en, verrassend genoeg, onze tastzin.
Dit suggereert dat ons begrip van de omgeving een interactiever en multisensorisch proces is dan eerder werd aangenomen.
HBP-onderzoeker Cyriel Pennartz, een van de auteurs van het onderzoek, legde uit dat deze multimodale kijk op sensorische verwerking de theorie van "neurorepresentationalisme" ondersteunt, die perceptie ziet als "de constructie van zo goed mogelijke voorstellingen van onze omgeving".
Op basis van dit onderzoek hebben wetenschappers van de Technische Universiteit Graz binnen het HBP een grootschalig AI-model getraind dat de primaire visuele cortex van de muis nabootst.
Vervolgens wordt een afzonderlijk onderzoek ontwikkelde een hersenimplantaat om het gezichtsvermogen van slechtzienden te herstellen na testen toonden aan dat het stimuleren van de visuele cortex visuele waarneming induceert bij apen.
Deze aanpak stimuleert de hersenen rechtstreeks en omzeilt daarbij de ogen en de oogzenuw. Het is al geïmplementeerd in een prototype prothese die een blinde vrouw in staat stelde "eenvoudige vormen en letters te zien" - een ongekende vooruitgang in de behandeling van blindheid.
In 2023 heeft er een explosie plaatsgevonden van brein-computer interfaces (BCI's) die nauwkeurig gegevens uit de hersenen kunnen lezen en analyseren en deze kunnen invoeren in machine learning (ML) modellen.
BCI's zijn het leven van mensen met een beroerte weer op peil brengen overlevenden van ongelukken, verlamden en mensen die lijden aan slopende ziekten zoals amyotrofe laterale sclerose (ALS).
Dit is een tijdperk waarin AI-modellen een reeks mechanische en technologische apparaten aandrijven, waardoor mensen in staat zijn om bypass ruggengraat letsels om natuurlijk te lopen, spreken door gedachten in te beeldenen realistische beelden oproepen door ze te visualiseren.
In de niet al te verre toekomst zou technologie die mensen in staat stelt om complexe acties uit te voeren door middel van gedachten wel eens in commerciële productie kunnen komen.
Lessen voor grote wetenschap
Hoewel het HBP een reeks prestaties levert op het gebied van neurowetenschappelijk, biologisch en technologisch onderzoek, is het niet zonder tegenslagen geweest.
Een van die twistpunten is de al te ambitieuze reikwijdte van het project, met als doel een alomvattend begrip te krijgen van het hele menselijke brein, een taak die volgens velen nog steeds buiten onze huidige technologische en wetenschappelijke mogelijkheden ligt.
Terwijl recente onderzoeken vooruitgang hebben geboekt in het bouwen van lichtgewicht AI-hardware gemodelleerd naar neuronen en andere hersenstructuren, tarten de complexiteit en efficiëntie van biologische hersenen de huidige technologie.
Hoewel het project enorm is, is de wetenschappelijke output beschreven als gefragmenteerd en mozaïekachtig, gericht op afzonderlijke aspecten van de hersenen in plaats van een holistisch beeld zoals aanvankelijk de bedoeling was.
Yves Frégnac, een lid van de HBP, vatte dit samen door te zeggen: "Ik zie niet de hersenen, ik zie stukjes van de hersenen."
Het HBP is ook geplaagd door financiële uitdagingen. Aanvankelijk was een budget van 1 miljard euro toegezegd, maar de uiteindelijke toewijzing bedroeg 607 miljoen euro.
Hoewel de toekomst van het HBP onzeker is, biedt het project - zowel op het gebied van onderzoek, management als organisatie - waardevolle lessen over de valkuilen en complexiteiten van Big Science, vooral wanneer enorme budgetten en hoge verwachtingen botsen met grandioze visies.
Nu het project zijn laatste hoofdstuk ingaat, zal het herinnerd worden als een cruciale, zij het soms polariserende mijlpaal in onze zoektocht om het meest complexe orgaan in het menselijk lichaam te begrijpen.
