BCI: Human Brain Project

Una parte sempre maggiore delle aziende e centri informatici si sta muovendo verso lo studio e sviluppo delle BCI (Brain Computer Interfaces). Un esempio è BrainArt, startup italiana che ha fatto delle interfacce cervello-computer il suo punto centrale.

Andando indietro nel tempo, troviamo il più importante centro di ricerca e sviluppo di BCI in Europa: lo Human Brain Project. Il progetto è nato con l’obiettivo di costruire un’infrastruttura ICT-based europea per migliorare la conoscenza nel campo delle neuroscienze, della computazione, e della medicina cerebrale.

Storia e motivazioni

Il progetto è iniziato nel 2013, ma è nato in realtà come proseguimento del precedente Blue Brain, in collaborazione con IBM. Iniziato nel 2005 con l’obiettivo di realizzare una simulazione completa di un cervello, il progetto utilizza il supercomputer Blue Gene, e nel 2005 gli scienziati sono stati in grado di creare un modello funzionante di un singolo neurone. Più tardi, nel 2008, sono riusciti a simulare la colonna neocorticale di un ratto, che conta 10.000 neuroni.

Il progetto attuale conta più di 500 scienziati di diverse discipline, provenienti da più di 100 università, ospedali e centri di ricerca di tutto il continente europeo, con 22 paesi coinvolti. È stato scelto dalla Commissione europea come una delle “Tecnologie future ed emergenti“. L’obiettivo primario è quello di utilizzare simulazioni del cervello per indagare le patologie del sistema nervoso e fornire a disposizione degli scienziati di tutto il mondo il simulatore completo del cervello. In questo modo la ricerca su malattie come l’Alzheimer, la schizofrenia, la depressione e molte altre migliorerebbe in modo significativo.

Il problema principale di queste patologie è infatti che al momento vengono viste solo come un insieme di sintomi, non conoscendo esattamente la causa biologica scatenante. Con un simulatore cerebrale, i neuroscienziati potrebbero classificarle dal punto di vista biologico. I risultati empirici potrebbero essere utilizzati per sviluppare teorie per migliorare la modellazione e le simulazioni. I loro risultati poi, di nuovo, potranno essere utilizzati per fare previsioni su casi di vita reale.

Human Brain Project

Il cuore dell’infrastruttura HBP è formato da sei piattaforme ICT.

• Neuroinformatica. Il suo obiettivo è quello di fornire e gestire l’accesso ai dati cerebrali condivisi. Attualmente, essi forniscono un atlante integrato multilivello coi dati, del cervello dei roditori e del cervello umano. Inoltre, identificano e sviluppano ontologie per lavorare con i dati e qualificano la simulazione cerebrale.
• Brain simulation. Si tratta di una piattaforma collaborativa accessibile via internet, progettata per la ricostruzione e la simulazione di modelli cerebrali. Offre una suite di strumenti software e flussi di lavoro per la ricerca collaborativa sul cervello. È possibile scegliere il livello di dettaglio dei modelli da studiare.
• Neurobotics. In questa piattaforma, i modelli di cervello virtuale vengono messi “a contatto” con dei robot, reali o simulati. Questo serve ad esplorare come il modello definito controlla il movimento, reagisce agli stimoli e impara dall’ambiente (reale o virtuale). Trasferendo il modello ad un robot è anche possibile testare la fedeltà della simulazione e verificare eventuali incongruenze.

• High-performance analytics and computing. Questa piattaforma sviluppa e fornisce supercomputing, storage, visualizzazione e tecnologia di simulazione che verrà eseguita sui supercomputer. In questo modo gli scienziati di tutto il mondo possono eseguire simulazioni cerebrali multi-scala ad alta intensità di dati e quindi gestire i flussi di lavoro con l’analisi e la visualizzazione dei dati.
• Medical informatics. Ospedali e centri di ricerca possono accedere a dati medici condivisi e condividerli a loro volta. Gli utenti possono vedere e studiare informazioni rilevanti sulle malattie cerebrali, preservando la riservatezza dei pazienti.
• Neuromorphic computing. Questa piattaforma consente agli scienziati di utilizzare SpiNNaker e BrainScaleS per eseguire simulazioni ed emulazioni.