Европейский мегапроект по моделированию человеческого мозга Human Brain Project (HBP) столкнулся с серьезными проблемами

Европейский мегапроект по моделированию человеческого мозга Human Brain Project (HBP) столкнулся с серьезными проблемами. C какими и как их собираются решать?

Два года и 1 миллиард долларов на попытки создать полномасштабную модель человеческого мозга так и не привели к желаемым результатам. Связано ли это с плохим менеджментом или какой-то фундаментальной ошибкой "Большой науки", заложенной в основу проекта?

Для начала немного истории.

В течение многих лет нейробиолог Генри Маркрэм (Henry_Markram) мечтал об обратной разработке (reverse engineering) человеческого мозга. В 1994, будучи тогда еще постдоком в Институте Макса Планка в Гейдельберге (Германия), он стал первым ученым, которому удалось “связать” два нейрона мозга крысы на уровне синаптических контактов. Применяя микроэлектродную технологию в этой работе, он продемонстрировал процесс, благодаря которому синаптические контакты усиливались или ослаблялись, давая возможность понять и смоделировать процесс обучения в мозге. Этот процесс был назван впоследствии - spike timing-dependent synaptic plasticity (STDP). За свою работу он получил позицию старшего научного сотрудника в престижном Институте Вейцмана (Израиль), и к тому времени, когда он был выдвинут на должность преподавателя в 1998, стал одним из наиболее уважаемых исследователей в этой области.

В тот же период он начал испытывать разочарование в своей научной области. Хотя к тому времени исследователи во всем мире публиковали десятки тысяч исследований по нейробиологии каждый год, ни наше понимание основных функций мозга, ни наша способность лечить заболевания мозга, казалось, совсем не прогрессировали. Разочаровние Маркрэма было в то же время и очень личным. Когда он был еще в Германии, у его сына Кая был диагностирован аутизм. Как он сказал в интервью The Guardian в 2013, он хотел бы “реализовать возможность продвинуться в моделировании мозга моего сына и увидеть мир таким, каким видит его он”. Единственный способ сделать это, как он рассуждал, должен был лежать вне рамок отдельных поведенческих экспериментов, нарушений и нейроанатомии, а вместо этого необходимо смоделировать полную схему всего человеческого мозга.

В 2009, выступая на площадке TED talk (см. видео внизу), он представил широкой публике свое видение математического моделирования 86 миллиардов нейронов мозга и 100 триллионов синапсов на суперкомпьютере. “Мы можем сделать это в течение 10 лет”, - пообещал он аудитории, предположив, что такая математическая модель могла бы быть способной даже к сознанию. По прошествии 10 лет Маркрэм сказал аудитории: “мы запустим … голограмму, способную общаться с вами”. В различных разговорах, интервью и статьях он предполагал, что математическая модель мозга обеспечит такие фундаментальные прорывы, как моделируемые разработки лекарственных препаратов, отказ от экспериментов на животных, а также лучшее понимание нейродегенеративных нарушений, таких, например, как болезнь Альцгеймера и т.д. Помимо того, полное моделирование мозга также даст стимул для создания технологии новых, более мощных компьютеров, в т.ч. позволит создать роботов с познавательными и, возможно, с исследовательскими функциями. Большое количество нейробиологов было настроено скептично, но у Маркрэма оказалось много сторонников. Его видение казалось доказанным в январе 2013, когда Европейский союз выделил на реализацию его идей $1,3 миллиарда, расписанных на 10 лет вперед.

Но, спустя почти два года после старта Human Brain Project (HBP) находится в состоянии дезорганизации, сталкиваясь с противоречиями и, зачастую, с высмеиваниями базовых гипотез. "Разборки" в научной прессе оперируют такими фразами, как “мозговой туман” или «гибель мозга», а сам Маркрэм становится героем пародийных ток-шоу. Некоторые ученые, которые знают Маркрэма лично, характеризуют его как своего рода гения, который «потерял след». Он потерял свое лидерство в руководстве проекта, и его непосредственное руководство настойчиво попросило, чтобы он не контактировал с прессой, включая научные издательства. К слову, Маркрэм - соучредитель Frontiers. Новый исполнительный директор проекта Кристоф Эбелль говорит, что Маркрэм недавно перестал посещать внутренние встречи HBP; вместо этого он отправляет полномочного представителя для взаимодействия с руководством.

Как следствие, HBP способствует созданию глубокого научно-общественного раскола среди нейробиологов Европы. Открытое письмо в июле 2014 с нападками на научную и организационную сторону HBP быстро собрало больше чем 800 подписей от ученых. В марте 2015, когда были собраны подписи, угрожающие бойкотом сотрудничества во всей Европе, Маркрэм инициировал процесс посредничества для адресной работы с критиками проекта. Независимый комитет, состоящий из 27 ученых рассмотрел аргументы обеих сторон и, за исключением двух несогласных, почти попунктно согласился с позицией критиков.

В 53-х страничном отчете посредники призвали к коренной реорганизации проекта HBP, включая новую управленческую структуру и кардинальное изменение научного фокуса. В данный момент HBP подвергается глобальной перестройке. Немногие государства-члены ЕС, министерства науки и другие учреждения которых планировали осуществлять финансирование в размере $570 миллионов, все же взяли на себя ответственность финансирования в столь амбициозный по масштабу и не до конца согласованный проект.

Таким образом, большая часть мнений о проблемах этого высокозначимого проекта сосредоточилось на Маркрэме и его стиле управления. Но это только часть истории.

По общему мнению, Маркрэм искренне пытается делать качественную науку. Так или иначе, некоторые сторонники Маркрема считают, что ключевой источник проблем в функционировании главного офиса HBP в Швейцарии расположен приблизительно в 300 милях на север от него, в Брюсселе. Там, в месте дислокации исполнительной ветви Европейского союза в системе Большой Науки, финансирующей данный проект, пытаются объединить политику с научными целями, демонстрируя недостаточную прозрачность и осуществляя недостаточный контроль, которые и привели к проблемам, наблюдаемым в HBP. “Настоящая проблема не HBP, а процесс принятия решений в E.U.”, - говорит Андреас Херц, преподаватель вычислительной нейробиологии в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана и член комитета по посредничеству (см. выше).

Большая наука, большие вопросы.

С тех пор, как Большая Наука зарождалась после Второй мировой войны и Манхэттенского Проекта, исследователи и политики не прекращают обсуждать ее ценность. Как писал в Science в 1961, покойный Элвин М. Вайнберг, директор Окриджской национальной лаборатории: “не разрушают ли науку стоящие немалых денег проекты, такие как коллайдеры и инициативы пилотируемого космического полета?” и “не разрушают ли они нас в финансовом отношении” — ситуация, в которой “захватывающее, а не проницательное становится научным стандартом”. Он далее обеспокоился, что с огромными денежными суммами, доступными исследователям, “каждый видит доказательства расходов ученых вместо доказательства мысли”.

Эти проблемы все еще с нами, и явно прослеживаются в HBP. Сегодня Большая Наука состоит из крупномасштабных, совместных, часто междисциплинарных R&D проектов, которые правительства во всем мире все более и более финансируют в попытке инициировать инновации. Нейробиология - одно из исследовательских направлений, где многомиллиардные бюджеты, когда-то зарезервированные для оборонных проектов и космических технологий, распределились и преумножились.

Взлет и падение HBP

Среди того же поколения нейробиологов, что и Маркрем, немногие выделяются также масштабно в свои 53 года. В 2005 он основал Blue Brain Project, в рамках которого IBM запустила в швейцарском федеральном Технологическом институте в Лозанне суперкомпьютер Blue Gene. Проект оперирует данными и программным обеспечением для моделирования небольшого участка мозга крысы, включающего структуру нейронов, известную как корковая колонка. Но, хотя целью данного проекта является получение знаний о математическом моделировании некоторых схематических частей мозга, критики утверждают, что подобное моделирование может дать довольно мало полезного знания для понимания того, как мозг работает фактически. В любом случае, Маркрэм и по сей день не опубликовал ни одной полноценной работы, отражающей результаты проекта Blue Brain в авторитетном издательстве. И несмотря на это, он довольно скоро сформулировал планы расширения этой работы в более амбициозный по масштабам проект суперкомпьютерного моделирования всего человеческого мозга.

Даже если бы это и было возможно реализовать в том виде, как это видел автор проекта, ведущие нейробиологи утверждают, что реинжиниринг мозга на детальном уровне не сказал бы нам многого о познании, памяти или эмоциях — так же, как копирование аппаратных средств в компьютере атом за атомом не сказало бы нам о сложном программном обеспечении, запущенном на нем. Другие обвинили Маркрэма в преувеличении потенциальных прорывов HBP. “Все мы знаем Генри, и он всегда был страдающим манией величия человеком”, говорит Эйлон Ваадия, директор Центра Эдмонда и Лили Сэфры в Еврейском университете Наук о Мозге в Иерусалиме.

Несмотря на скептицизм в сообществе нейробиологов, Маркрэм убедил людей, принимающих решения - инвесторов в Европейской комиссии, которые, по видимому, менее детально смотрели на научную выполнимость предложения, чем на ее потенциальную экономическую и политическую выгоду. «Мозг Маркрэма» на суперкомпьютере и его обещания того, что это дало бы для нейробиологии, медицины, робототехники и компьютерной технологии — был подходящим вариантом для бюрократии, которая полагала, что 10-летний план сокращения отставания в относительно “прорывных” инновация возможен.

Тайное жюри из 25 экспертов со всей Европы (в которое входил только один нейробиолог) выбрало 2 основных проекта, среди которых был HBP и проект Graphene Flagship из числа шести финалистов на финансирование €1 миллиарда (тогда $1.3 миллиарда). Противореча обычной практике в США, Европейская комиссия не обнародовала имён членов жюри даже после того, как они приняли свое решение. Только после открытого письма нейробиологов Европейская комиссия начала упоминать проблемы управления в HBP.

Левое полушарие мозга, правое полушарие мозга

До сих пор американский проект BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) продвигался намного лучше, чем HBP. Представленный президентом Бараком Обамой в апреле 2013 как “следующий замечательный американский проект”, инициатива была встречена подобной HBP волной скептицизма. Так же как в Европе, большинство американских нейробиологов были обеспокоены тем, что BRAIN Initiative была плохо продумана и будет «выкачивать» финансирование из других значимых исследований в области нейробиологии для борьбы за туманные, возможно недосягаемые цели.

Но вместо обсуждения «за закрытыми дверями» и конфиденциальных обзоров, Национальный институт психического здоровья США (NIMH - National Institute of Mental Health) довольно здраво реагировал на критику, приостанавливая инициативу и приглашая к обсуждению сообщество нейробиологов. За год обсуждения была выработана амбициозная междисциплинарная программа по разработке новых технологических инструментов, которые позволят исследователям лучше изучать мозг, в т.ч. с помощью стимуляции. Данная инициатива «примиряет» нейробиологов со специалистами из других научных областей, таких как нанотехнологии и материаловедение, чтобы совместными усилиями решать поставленные проблемы, например, применение электрической стимуляции для малых групп нейронов, которая может позволить изучать механизмы работы мозга со значительно увеличенной точностью.

Основное отличие между HBP и BRAIN Initiative - то, что последний не зависит от научного видения конкретного человека. Вместо этого большое количество команд конкурируют за гранты и внедрения инноваций по различным направлениям. Соревнование происходит через традиционный процесс экспертной оценки NIMH, который предотвращает конфликты интересов, какие встречались в HBP. Известно, что экспертная оценка не идеальна — она имеет тенденцию одобрять известные научные парадигмы. У американского научного финансирования есть много собственных проблем. Но более конкурентоспособный и прозрачный способ принятия решений BRAIN Initiative далек от «политического черного ящика» в Брюсселе.

С момента принятия критического отчета от комиссии посредников, HBP подвергается радикальной перестройке и это может все же привести к положительным результатам. Проект перестраивает управленческую структуру, которая больше не будет концентрировать властные полномочия на Маркрэме и его самых близких партнерах. Будут созданы новые структуры для независимого надзора. Был также реанимирован ключевой подпроект в рамках когнитивной нейробиологии, удаление которого из основной программы исследований усилило нападки на HBP в прошлом году. С этого времени каждая группа, привлеченная в консорциум, включая Маркрэма, должна будет повторно обращаться за финансированием каждые два года.

Проект также будет более плотно сосредоточен на анализе данных и программном обеспечении, которые не будут нацелены исключительно на моделирование мозга. Хотя посредники подвергли критике HBP за поддержку “нереалистичных ожиданий” относительно понимания работы мозга и лечения его нарушений, приводящих к “потере научного доверия”, даже критики теперь полностью поддерживают параллельные цели проекта сздания вычислительных инструментов, интеграции данных и математических моделей для неврологических исследований.

Концентрирование на Больших Данных, основной части видения проекта Маркрэмом в самом начале, могло бы даже сделать Европейский HBP прекрасным дополнением к американской Инициативе, новые технологии которой, как ожидается, произведут внушительные объемы неврологических данных.

По материалам Scientific American (http://www.scientificamerican.com/article/why-the-human-brain-project-went-wrong-and-how-to-fix-it/)

Источник: www.scientificamerican.com

Комментарии: