Europäisches Forschungsprojekt kartiert menschliches Gehirn

Das Human Brain Project (HBP), eine der größten jemals von der EU geförderten Forschungsinitiativen, hat mit der Erstellung eines Atlas des menschlichen Gehirns wichtige Schritte in den Neurowissenschaften unternommen. Dieser Atlas soll den Entwicklungen in Medizin und Technologie zugute kommen.

Nach Schätzungen der Kommission verursachen Erkrankungen des Gehirns weltweit Kosten in Höhe von 800 Mrd. Euro pro Jahr für die Gesundheitsbudgets.

Ein besseres Verständnis des menschlichen Gehirns würde den 165 Millionen Europäern, die an Hirnerkrankungen wie Alzheimer, Epilepsie, Depressionen oder Schlaganfällen leiden, die Tür zu innovativen Behandlungsmethoden öffnen. Gleichzeitig könnten Prävention und Behandlung für jeden dritten Menschen verbessert werden, der nach Schätzungen der Kommission „irgendwann in seinem Leben an einer neurologischen und/oder psychischen Störung leiden wird.“

Mehr als 500 Forscher, 155 Einrichtungen und 607 Millionen Euro – davon 406 Euro aus EU-Mitteln – später geht das HBP nun zu Ende. Nach einem Jahrzehnt, in dem Methoden der Informatik, Neuroinformatik und KI kombiniert wurden, um das menschliche Gehirn zu verstehen und abzubilden stellt sich die Frage: Wie weit sind sie gekommen?

„Wenn Sie einen Astronomen oder eine Person in der Astrophysik fragen, wie weit sie bei der Kartierung des Universums gekommen sind, denke ich, dass wir über dieselbe Art von Frage sprechen“, sagte Jan Bjaalie, Dekan für Forschung und Innovation an der Universität Oslo, Leiter des norwegischen Neuroinformatics Node und seit 2018 Direktor für den Infrastrukturbetrieb in der HBP-Direktion gegenüber Euractiv.

Das soll nicht heißen, dass Bjaalie der Sache negativ gegenübersteht – ganz im Gegenteil. Die Kartierung des Gehirns ist zwar eine „gewaltige“ Aufgabe, aber das HPB hat in den Bereichen Grundlagenwissenschaft, Medizin und Technologie bedeutende Fortschritte erzielt.

Ein turbulenter Start

Im Jahr 2013 kündigte die Europäische Kommission die Initiative als „die weltweit größte experimentelle Einrichtung zur Entwicklung des detailliertesten Modells des Gehirns, zur Untersuchung der Funktionsweise des menschlichen Gehirns und letztlich zur Entwicklung einer personalisierten Behandlung neurologischer und verwandter Krankheiten“ an. Die Initiative ist eines von vier aktuellen europäischen Vorzeigeprojekten für künftige und neu entstehende Technologien (FET).

„Diese Forschung legt die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für den medizinischen Fortschritt, der das Potenzial hat, die Lebensqualität von Millionen von Europäern drastisch zu verbessern“, erklärte die Kommission und kündigte zunächst an, dass das HBP eine Milliarde Euro erhalten würde.

Bald darauf wurde jedoch ein Protestschreiben einer Gruppe von Neurowissenschaftlern an die Kommission gesandt, in dem behauptet wurde, das Projekt sei schlecht verwaltet worden und habe die wissenschaftlichen Pläne über den Haufen geworfen. Dies führte schließlich zu einer Neubewertung der Ziele und zu einem Wechsel der Leitung im Jahr 2015.

Bjaalie war damals noch nicht so stark in das Projekt involviert, aber er glaubt, dass diese Änderungen „zu einer sehr starken Konzentration auf den Aufbau der Forschungsinfrastruktur führten.“

Erstellung eines Gehirnatlasses

Eine wichtige Errungenschaft des Projekts war die Entwicklung neuer digitaler Forschungstechnologien, die zu einem „einzigartig detaillierten“ Atlas des menschlichen Gehirns führten, welcher auf einer Plattform namens EBRAINS öffentlich zugänglich ist, erklärte Bjaalie.

„Das Gehirn muss auf verschiedenen Ebenen verstanden werden, angefangen bei den Molekülen und den Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen des Gehirns bis hin zu großen Netzwerken und dem gesamten Gehirn. Wir müssen jede Ebene verstehen, dann die Ebenen miteinander verbinden, etwas bauen, das es simulieren kann, und sehen, wie nahe das dem kommt, was im Gehirn passiert“, fügte er hinzu und sagte, das HBP habe in dieser Hinsicht „bedeutende Fortschritte“ gebracht.

Insgesamt, so die Projektverantwortlichen, habe das Projekt zu neuen Erkenntnissen geführt, neue Ansätze für die Diagnose und Therapie von Hirnerkrankungen geschaffen und technologische Innovationen entwickelt.

So kann ein solcher Atlas beispielsweise in Krankenhäusern eingesetzt werden, so Bjaalie. Bei epilepsiechirurgischen Eingriffen kann ein besseres Verständnis des Gehirns den Chirurgen bessere Informationen liefern. Darüber hinaus können die Vorhersagen der dynamischen Gehirnmodellierungsmaschine des HBP, The Virtual Brain, die Präzision des Eingriffs erhöhen.

Fortschrittliche Technologien

Neben den medizinischen Fortschritten hob Bjaalie hervor, wie die Arbeit ihrerseits zur Entwicklung von Computertechnologien und KI beitragen kann.

„KI begann vor langer Zeit mit dem Verständnis, wie Neuronen funktionieren und wie sie miteinander verbunden sind. Jetzt können wir die künstliche Intelligenz erneut informieren“, sagte er.

Ein Beispiel dafür ist die Untersuchung des Energieverbrauchs von Computern. Während sich das menschliche Gehirn auf natürliche Weise so entwickelt hat, dass es außergewöhnlich energieeffizient ist, haben herkömmliche Computer diesen Weg nicht beschritten.

Im Gegensatz dazu sind neuromorphe Computer, die die Struktur und Funktion des Gehirns nachahmen sollen, bemerkenswert energieeffizienter. Im Rahmen des HBP haben Ingenieure und Neurowissenschaftler gemeinsam an der Entwicklung leistungsfähigerer neuromorpher Systeme gearbeitet, die den Energieverbrauch erheblich senken.

Wie geht es mit der europäischen Hirnforschung weiter?

Nach dem Auslaufen des HBP hat die Kommission angekündigt, dass sie mit den Mitgliedstaaten an einer umfassenderen Initiative arbeiten wird.

„Die Mitgliedstaaten haben um eine stärkere Zusammenarbeit und Koordinierung der Hirnforschung im Rahmen einer strategischen Partnerschaft gebeten, die die Position Europas in der globalen Hirnforschung sicherlich stärken würde“, heißt es in dem Schreiben.

Etwa zur gleichen Zeit wie die HBP-Initiative wurden in den USA und Japan Projekte zur Hirnforschung gestartet, und auch China, Australien und Südkorea unterstützen umfangreiche Studien.

Bjaalie sagte, dass die Forschungsräte in Europa und die Kommission die Hirnforschung verstärkt fördern wollen, um Europa wettbewerbsfähig zu halten.

„Natürlich müssen wir noch viel tun, um die Hirnforschung in Europa voranzutreiben. Es gibt andere Initiativen, und wir wollen nicht hinterherhinken“, sagte er.

[Bearbeitet von Giedre Peseckyte/Nathalie Weatherald]