Das Human Brain Project (HBP), eine der größten jemals von der EU geförderten Forschungsinitiativen, hat bedeutende Fortschritte in den Neurowissenschaften gemacht, indem es einen Atlas des menschlichen Gehirns erstellt hat, um Entwicklungen in Medizin und Technologie zu fördern.
Nach Schätzungen der Kommission verursacht die Belastung durch Hirnerkrankungen weltweit Kosten in Höhe von 800 Milliarden Euro pro Jahr für die Gesundheitshaushalte.
Ein besseres Verständnis des menschlichen Gehirns würde den 165 Millionen Europäern mit Hirnerkrankungen wie Alzheimer, Epilepsie, Depression oder Schlaganfall die Tür zu innovativen Behandlungen öffnen und gleichzeitig die Prävention und Behandlung für jeden dritten Menschen verbessern, „der nach Schätzungen der Kommission darunter leiden wird“. irgendwann in ihrem Leben an einer neurologischen und/oder psychischen Störung leiden“.
Jetzt, mehr als 500 Forscher, 155 Institutionen und 607 Millionen Euro – davon 406 Euro aus EU-Fördermitteln – nähert sich das HBP seinem Ende. Wie weit sind sie gekommen, nachdem sie ein Jahrzehnt damit verbracht haben, Methoden aus Informatik, Neuroinformatik und KI zu kombinieren, um das menschliche Gehirn zu verstehen und abzubilden?
„Wenn Sie einen Astronomen oder eine Person in der Astrophysik fragen, wie weit sie bei der Kartierung des Universums gekommen sind, sprechen wir meiner Meinung nach über die gleiche Art von Frage“, sagte Jan Bjaalie, Dekan für Forschung und Innovation an der Universität Oslo. Leiter des norwegischen Neuroinformatik-Knotens und seit 2018 Direktor für Infrastrukturbetrieb in der HBP-Direktion gegenüber Euractiv.
Das soll nicht heißen, dass Bjaalie eine negative Einstellung dazu hat – ganz im Gegenteil. Während die Kartierung des Gehirns eine „entmutigende“ Aufgabe ist, hat das HPB in den Bereichen Grundlagenwissenschaft, Medizin und Technologie erhebliche Fortschritte erzielt.
Ein turbulenter Beginn
Bereits im Jahr 2013 kündigte die Europäische Kommission die Initiative, eines von vier aktuellen Flaggschiffprojekten der sogenannten European Future and Emerging Technologies (FET), als „weltweit größte Versuchsanlage zur Entwicklung des detailliertesten Modells des Gehirns zur Untersuchung der Funktionsweise“ an „Die Arbeit des menschlichen Gehirns zu verbessern und letztendlich eine personalisierte Behandlung neurologischer und verwandter Erkrankungen zu entwickeln.“
„Diese Forschung legt die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für den medizinischen Fortschritt, der das Potenzial hat, die Lebensqualität von Millionen Europäern dramatisch zu verbessern“, sagte die Kommission und kündigte zunächst an, dass das HBP eine Milliarde Euro erhalten würde.
Allerdings wurde bald darauf ein Protestbrief einer Gruppe von Neurowissenschaftlern an die Kommission geschickt, in dem sie behaupteten, dass das Projekt schlecht gemanagt worden sei und die wissenschaftlichen Pläne vom Kurs abgekommen seien. Dies führte schließlich zu einer Neubewertung der Ziele und einem Wechsel in der Geschäftsführung im Jahr 2015.
Bjaalie war damals nicht so stark in das Projekt involviert, aber er glaubt, dass diese Veränderungen „zu einem sehr starken Fokus auf den Aufbau der Forschungsinfrastruktur geführt haben“.
Erstellen eines Gehirnatlas
Ein wichtiger Erfolg des Projekts war die Entwicklung neuer digitaler Forschungstechnologien, die zu einem „einzigartig detaillierten“ Atlas des menschlichen Gehirns führten, der auf einer Plattform namens EBRAINS öffentlich zugänglich ist, erklärte Bjaalie.
„Das Gehirn muss auf Ebenen verstanden werden, die von Molekülen und Verbindungen zwischen Elementen des Gehirns bis hin zu großen Netzwerken und dem gesamten Gehirn reichen.“ Wir müssen jede Ebene verstehen, dann die Ebenen verbinden, etwas bauen, das sie simulieren kann, und sehen, wie nah das an dem ist, was im Gehirn passiert“, fügte er hinzu und sagte, das HBP habe in dieser Hinsicht „erhebliche Fortschritte“ gebracht.
Insgesamt sagen die Projektträger, dass das Projekt zu neuen Erkenntnissen geführt, neue Ansätze für die Diagnose und Therapie von Hirnerkrankungen etabliert und technologische Innovationen entwickelt habe.
Ein solcher Atlas könne beispielsweise in Krankenhäusern eingesetzt werden, sagte Bjaalie. Bei epilepsiechirurgischen Eingriffen kann ein besseres Verständnis des Gehirns den Chirurgen bessere Informationen liefern und dabei helfen, die Präzision während des Eingriffs zu erhöhen, mit Vorhersagen aus der dynamischen Gehirnmodellierungs-Engine des HBP, The Virtual Brain.
Fortschrittliche Technologien
Neben medizinischen Fortschritten betonte Bjaalie, wie die Arbeit wiederum zur Entwicklung von Computertechnologien und KI beitragen kann.
„KI begann schon vor langer Zeit damit, zu verstehen, wie Neuronen funktionieren und wie sie miteinander verbunden sind. Jetzt können wir künstliche Intelligenz wieder nutzen“, sagte er.
Ein Beispiel hierfür ist der Energieverbrauch von Computern. Während sich das menschliche Gehirn von Natur aus zu einem außergewöhnlich energieeffizienten System entwickelt hat, sind herkömmliche Computer diesem Beispiel nicht gefolgt.
Im Gegensatz dazu sind neuromorphe Computer, die die Struktur und Funktion des Gehirns nachahmen sollen, deutlich energieeffizienter. Im Rahmen des HBP haben Ingenieure und Neurowissenschaftler gemeinsam an der Entwicklung leistungsfähigerer neuromorpher Systeme gearbeitet, die den Energieverbrauch deutlich senken.
Wie geht es weiter mit der europäischen Hirnforschung?
Nachdem das Ende des HBP nun gekommen ist, hat die Kommission angekündigt, dass sie mit den Mitgliedstaaten an einer umfassenderen Initiative arbeitet.
„Die Mitgliedstaaten haben mehr Zusammenarbeit und Koordinierung für die Hirngesundheitsforschung durch eine strategische Partnerschaft gefordert, die die Position Europas auf der globalen Bühne der Hirnforschung sicherlich stärken würde“, schrieben sie.
Etwa zeitgleich mit der HBP-Initiative wurden in den USA und Japan Hirnforschungsprojekte gestartet, wobei auch China, Australien und Südkorea umfangreiche Studien unterstützten.
Bjaalie sagte, dass Forschungsräte in Europa und die Kommission daran interessiert seien, mehr Hirnforschung zu unterstützen, um Europa wettbewerbsfähig zu halten.
„Natürlich werden wir noch viel Arbeit leisten müssen, um diesen Schwerpunkt der Hirnforschung in Europa voranzutreiben. Es gibt weitere Initiativen, und wir wollen nicht ins Hintertreffen geraten“, sagte er.
[Edited by Giedre Peseckyte/Nathalie Weatherald]
