Blue Brain-projektet: en rekonstruktion av hjärnan

16 oktober, 2019
Det ambitiösa schweiziska Blue Brain-projektet vill göra den mest detaljerade digitala modellen av hjärnstrukturen och dess funktion. Lär dig mer om det!

Blue Brain-projektet är ett forskningsprogram skapat av den schweiziske professorn Henry Markram 2005, och dess mål är ambitiöst.

Precis som att astrofysiker vänder sina blickar utanför vår planet för att upptäcka hur rymden fungerar, tittar neuroforskare inom den mänskliga kroppen för att lösa hjärnans mysterier. Och det är vad detta projekt handlar om.

Blue Brain-projektet: en digital karta över hjärnan

Det är väldigt karaktäristiskt för människan att rita kartar för att representera forskningsfynd eller kunskap rent generellt. Det är faktiskt så information har spridits mellan generationerna.

Liknande hur kartorna över den Nya världen representerade vägar och inslag på en helt ny kontinent, ämnar Blue Brain-projektet att bygga en digital karta som representerar den mänskliga hjärnan.

Den kommer vara den mest exakta representationen av hjärnans nervbanor och hur de fungerar. Denna karta kan låta forskare utforska de mest avlägsna områdena av detta organ.

För att få en exakt representation av den mänskliga hjärnans arkitektur och funktionella dynamik kommer initiativet använda hjärnan hos gnagare som startpunkt.

Hjärn- och sinnesinstitutet hos École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ville på ett biologiskt detaljerat sätt rekonstruera hjärnans struktur och funktioner under 2005.

Tekniken man använde, demontering (eller reverse engineering), innebär att projektet huvudsakligen består av simuleringar och hjärnrepresentationer.

Forskarna valde en gnagares hjärna som en representativ bas för den mänskliga hjärnan (som är mycket mer komplex) tack vare dess likheter, om än på annan skala, med däggdjurshjärnan.

Teknologin bakom detta initiativ använder en Blue Gene-superdator som kör mjukvaran NEURON.

Kopplingarna i hjärnan

Andra relaterade projekt

Detta projekts empiriska grund och modellen som används för denna grund är kopplingskartan för hjärnnervceller – Connectome.

Denna modell involverar en realistisk simulering av hjärnnervcellerna, och forskare hoppas på att det ska bli en komplett encyklopedi för hjärnan och sinnets mysterier.

Ett projekt av denna magnitude skulle dock inte kunna överleva utan internationellt samarbete. Det finns därför flera andra projekt som skapats för att stödja Blue Brain-projektet, såsom:

  • Cajal Blue Brain Project koordineras av CeSViMa (superdator- och visualiseringscentret i Madrid).
  • Joshua Blue Project av IBM, som ämna ratt bygga AI-datorer och mjukvara som emulerar det mänskliga sinnet.
  • HBP, eller Human Brain Project, genom vilket många europeiska universitet bidrar till Blue Brain med egna vetenskapliga och uträkningsmässiga ansträngningar för att utforska den mänskliga hjärnan.

Vad är skillnaden mellan Blue Brain-projektet och andra liknande projekt?

Omstruktureringar och simulationer som superdatorer möjliggör för Blue Brain att presentera är ett radikalt nytt sätt att förstå hjärnaktivitet genom att adressera den som en struktur i flera nivåer.

Dessa ”lager” möjliggör sinnets funktionella mångfald och dess oändliga komplexitet.

Detta perspektiv möjliggör en av de svåraste vetenskapliga utmaningarna vi har idag: förståelsen av hjärnan som ett komplext system i flera skalor. Ett jobb där denna typ av simulations-neurovetenskap är oumbärlig.

Den överraskande detaljrikedomen med vilken nervcellsmodellering fungerar i detta projekt kommer i slutänden leda till konstruktionen av en hjärnsimulation på molekylär nivå.

Detta kommer öppna dörrarna till nya studier av genuttryck och till slut till oöverträffade kliniska fördelar.

En kort historia om projektet

  • 2005: den första cellulära modellen skapas.
  • 2008: den första konstgjorda cellulära neokortikala kolumnen bestående av 10,000 nervceller byggs.
  • 2011: Blue Brain-projektet bygger en modell som multiplicerar antalet kolumner i den tidigare modellen med 100 och når otalt en miljon celler.
  • 2014: officiell rekonstruktion av en cellulär råtthjärna.
  • 2023: vid det här laget väntar sig Blue Brain-projektet ha en full rekonstruktion av den mänskliga hjärnan med totalt 100 miljarder celler.
Blå hjärna

Varför så mycket arbete?

Utöver de kliniska fördelarna som denna djupa kunskap kan ge finns det ett slutgiltigt mål som är långt mycket mer mystiskt än man kan tänka sig.

Genom att nysta upp den komplexa artikuleringen av hjärnans delar kan forskare äntligen uppnå icke-teoretisk kunskap om det mänskliga medvetandet. En uppgift som många forskare och tänkare under historiens lopp vigt sina liv åt.

För nu, och som en föregångare till framtidens fantastiska fynd, publicerade Blue Brain-projekt förra året sin första digitala, neurala atlas i 3D.

Den erbjuder djup information om typerna av hjärnceller, hur många det finns och deras position i totalt 737 hjärnregioner.

Att gå från den klassiska manualen för neuroanatomi med enkla teckningar till en 3D-atlas av denna typ är ett av de största stegen i mänsklighetens vetenskapliga historia.

  • 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.