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Human Brain Project Specific Grant Agreement 2

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I dati collaborativi sono alla base della conoscenza avanzata del cervello

L’ecosistema di dati dell’HBP comprende soluzioni software per la raccolta, l’organizzazione, l’analisi e la condivisione delle informazioni, consentendo la costruzione di modelli e simulazioni. Questi dipendono dalla struttura e dalle funzioni del cervello che vengono mappate, dal livello molecolare fino a quello dell’intero cervello.

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Parlare di «mappatura» del cervello umano in realtà non fa giustizia a questa impresa. A differenza del fegato, che contiene meno tipi di cellule, organizzate in modo simile in tutto l’organo, il cervello è molto disomogeneo e tremendamente più complicato. Ciò rende fondamentali non solo la descrizione e la posizione, ma anche l’acquisizione di interazioni. Date le dimensioni e la portata dell’ambizione dell’HBP (Human Brain Project), una caratteristica unica è la vasta gamma di competenze disponibili. Questo è fondamentale, dal momento che gli esiti si basano su interazioni produttive tra queste comunità molto diverse di ricercatori e sviluppatori, impossibili da ottenere lavorando in isolamento. «Tali interazioni presentano sfide su una scala probabilmente non vista prima da nessun altro progetto europeo», afferma il prof. Jan Bjaalie. «Esistono barriere create da pratiche diverse, con ognuno che porta tradizioni dai propri campi, e barriere terminologiche. Queste barriere spiegano effettivamente la motivazione per l’HBP, evidenziando allo stesso tempo l’importanza di ottenere l’infrastruttura di dati corretta». Sviluppare un sistema di dati generico La neuroscienza generalmente non ha gestito e condiviso i dati su una scala larga come quella dell’HBP, in parte perché in precedenza l’attenzione era concentrata sulla pubblicazione di articoli che interpretano i dati raccolti. Affinché l’HBP sfrutti le sinergie di ricerca in tutti i settori della neuroscienza, i dati del progetto devono essere collaborativi. I dati vengono memorizzati insieme a tag di metadati e sono ricercabili tramite browser web. È possibile estrarre caratteristiche specifiche all’interno di particolari gruppi di dati per l’integrazione in modelli computazionali che a loro volta possono essere utilizzati per eseguire simulazioni, con i risultati confrontati con i dati provenienti da esperimenti sul cervello reale. «Gli sviluppi delle infrastrutture vanno di pari passo con la scienza, e consentono ai ricercatori di trovare e accedere a dati rilevanti, di utilizzarli in condizioni chiaramente definite, di condividere i risultati e di citare il lavoro dei fornitori di dati originali», afferma il prof. Bjaalie. Data la quantità di dati coinvolti, questi sforzi sono possibili solo grazie all’uso del calcolo ad alte prestazioni. Nuove tecnologie e applicazioni cliniche I tre obiettivi principali dell’HBP sono: comprendere meglio in che modo i diversi elementi dell’organizzazione del cervello umano si adattano e lavorano insieme (scienza di base), tradurre tutto questo in diagnosi e trattamenti migliori delle malattie del cervello (scienza applicata per la salute), e inoltre utilizzare questa comprensione per sviluppare nuove tecnologie ispirate al cervello (tecnologia). All’interno di questi ampi obiettivi i ricercatori sono guidati da alcuni obiettivi di ricerca di carattere generale. È stata scelta la demenza, in particolare il morbo di Alzheimer, come area per dimostrare la funzionalità della Piattaforma Informatica Medica, installata presso ospedali di tutta Europa. La combinazione di questi dati clinici resi anonimi facilita un’analisi più efficiente. Un altro esempio è l’uso di modelli e atlanti del cervello personalizzati, navigabili in 3D, per diverse applicazioni quali una migliore pianificazione per la chirurgia dell’epilessia o la stimolazione cerebrale profonda nel Parkinson. L’identificazione e la resezione di una piccola porzione del cervello in cui hanno origine le crisi epilettiche richiede una profonda comprensione dell’organizzazione della crisi. Per migliorare queste procedure, l’HBP combina un nuovo ambiente di modellazione e simulazione multiscala con gli atlanti cerebrali del progetto e altri strumenti di analisi dei dati. Fondamentale per raggiungere gli obiettivi dell’HBP è che esso rende i suoi sistemi apertamente disponibili per la più ampia comunità di ricerca. In arrivo quest’anno sarà un nuovo portale online che fornirà accesso a una serie di servizi orientati agli utenti. «Anche se sono già disponibili, alcune delle informazioni non sono poi così visibili o facili da navigare. Il nuovo portale renderà più semplice per la comunità esterna trovare e utilizzare gli strumenti e i servizi forniti dall’HBP», afferma il prof. Bjaalie.

Parole chiave

Human Brain Project, HBP, neuroscienze, dati, simulazione, modello, cervello, atlante, malattia, infrastruttura, epilessia, demenza

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