I oktober startet et av de mest ambisiøse forskningsprosjekter gjennom tidene. The Human Brain Project er på mange måter forskningens hellige gral. Målet er å lage en fungerende datamodell av en typisk menneskelig hjerne, en simulering som skal organisere seg selv og. Akkurat som en menneskelig hjerne, er målet at den skal kunne svare på stimuli på de forskjelligste områder – uten å være programmert på forhånd.

Norske forskere involvert

Flere norske forskningsgrupper er involvert i arbeidet, som involverer hundrevis av forskere i mange land. Til forskjell fra andre kjempeprosjekter innen forskning møter The Human Brain Project motstand fra andre forskere – ikke fordi det er uetisk, men fordi de mener det er bortkastede penger. Vi er simpelthen ikke modne for oppgaven, mener flere.

Vi kjenner nemlig ikke noe enkeltobjekt som er mer komplekst enn hjernen. Det enorme The Human Genome Project, som hadde enda større budsjett og kartla hele menneskets arveanlegg, sekvenserer to-tre meter med DNA som er rullet sammen inne en typisk menneskelig cellekjerne.

The Human Brain Project skal til sammenligning simulere utrolige tre millioner kilometer med utløpere og nervetråder som er filtret sammen i hjernen din, pluss en hel masse andre til dels ukjente mekanismer som virker inne i dem.

Tar generasjoner

Selve kartleggingen av hvordan en menneskelig hjernes nervebaner er koblet sammen, er teknisk mulig, men så omfattende at det vil ta generasjoner med dagens tempo.

For en ekspert med dagens verktøy tar det femti timer å kartlegge et eneste nevron. Menneskehjernen har 100 milliarder slike nevroner.

En slik kartlegging gir heller ikke svar på hva som er typisk menneskelig, bare hvordan et enkelt menneskes hjerne så ut før det døde.

Professor Jan Bjålie ved Institutt for medisinske basalfag ved UiO leder en av de norske gruppene som har fått penger fra The Human Brain Project (HBP). Når hans nye lokaler nå tas i bruk, er målet er å bidra til å bygge et tredimensjonalt atlas over hjernen. Bjålie går til oppgaven med ydmykhet.– Dette prosjektet er ikke sammenlignbart med Human Genome Project i det hele tatt. Arbeidet er garantert mange ganger mer komplekst, sier han.

Se hvordan forskerne jobber i videoen på toppen av saken.

Bedre medikamenter

Målet med HBP er å skape en simulering av hjernen som er så god at den kan brukes til en rekke ulike formål. Blant annet er målet å forutsi virkningen av ulike påvirkninger, for eksempel fra medikamenter.

I dag vet vi svært lite om detaljene som gjør at medikamenter fungerer på hjernen. Det finnes ingen hjerner det er mulig å teste ut ulike medikamenter raskt på, fordi det selvfølgelig er uetisk å forske på levende menneskehjerner.

Dyreforsøk er derfor mye brukt innen hjerneforskning, men forskjellene mellom dyr og mennesker er så store at forsøkene aldri vil kunne gi fullgodt svar på hvordan menneskets hjerne vil reagere på et medikament. I dag er eneste mulighet møysommelig å teste ut nye medikamenter på mennesker, en prosess som på grunn av sikkerhetsforanstaltninger må ta mange, mange år for hver eneste medisin som godkjennes.

Et av målene med HBP er å kunne teste ut medikamenter på et par måneder. I tillegg er det et hovedmål å forstå hjernens funksjon bedre.

Vil forstå et minimum

Å forstå alle hjernens mekanismer kan synes uoverstigelig med dagens teknologi. Men HBP-direktør Henry Markram påpeker at han ikke forsøker å forstå alt som foregår i alle deler av hjernen samtidig. Han forsøker heller å finne ut hva som er et minimum av hva man trenger å forstå for å kunne rekonstruere hjernen.

I prosjektet mener man hemmeligheten ligger i å forstå en såkalt neokortikal kolonne. Dette ser ut til å være en slags byggekloss som hjernen er bygget opp av. Den er 0,2 mm bred og litt over 1 mm høy.

– Det er helt riktig at det er umulig å rekonstruere hele hjernen på nanometernivå. Men hvis du skjønner én neokortikal kolonne, skjønner du mye om hvordan de andre er bygget opp. Skjønner du hvordan én nevrontype fungerer, forstår du grunnprinsipper for hvordan alle nevroner av den typen fungerer, og så videre. Mye arbeid gjenstår, men det er ikke umulig, sier Bjålie.

Tradisjonell forskning innebærer gjerne at smarte enkeltforskere utarbeider teorier om hvordan alt henger sammen, og så tester man teorien i praksis i forsøk. I HBP er målet at ingen enkeltperson skal trenge å forstå alt om hjernen.

I stedet skal noen tusen forskere komme med hver sin puslespillbit til en felles modell, og så er håpet at modellen, ved hjelp av digitalt simulerte hjerneceller, selv skal begynne å organisere seg som en hjerne.

Forstår ikke alt

– Betyr dette at dere forsøker å skape en kunstig hjerne, selv om ingen egentlig forstår den?

– Begrepet «kunstig hjerne» dreier seg om modeller og simuleringer av hjernens virkemåte i datasystemer. Vil ingen forstå modellene? Ja, du kan på en måte si det, men dette er ikke unikt. I mange systemer vi mennesker skaper, kan man jo lure på om det er noen som kjenner til alle delene. For eksempel finnes det ikke ett individ som har hele overblikket over Oslo by. Men det er likevel mulig å navigere gjennom byen. Hvis du kan navigere og tolke informasjonen du får underveis, har du likevel det vi kan kalle forståelse, påpeker Bjålie.

Å bygge en slik modell av hjernen innebærer et enormt forbruk av IT-ressurser. Prosjektledelsen anslår at det krever omtrent en laptop å simulere tusen nevroner. Med 100 milliarder nevroner vil det kreve datamaskiner i såkalt exaskala, altså maskiner som er tusen ganger raskere og har tusen ganger mer minne enn verdens raskeste superdatamaskin i 2008 – som opptok et helt rom. Computerworld har anslått at det vil være mulig å bygge slike maskiner allerede i 2018. ## Optimistisk

En av dem som har tro på at HBP kan lykkes, er fysikkprofessor Gaute Einevoll ved Universitetet for miljø— og biovitenskap i Ås. Han og hans studenter skal også selv jobbe med prosjektet. Han mener det absolutt er realistisk å kunne gjenskape en modell av hjernen som fungerer så godt at den faktisk vil kunne utføre mange av de samme oppgavene som en menneskelig hjerne.

– Allerede i dag har vi modeller for deler av hjernen som gjør mye av det samme som en virkelig hjerne kan. Ett eksempel er netthinnen, som sitter på baksiden av øyet, hvor vi allerede har matematiske modeller og silisiumbaserte databrikker som behandler synsinntrykk på lignende måte som virkelige netthinner.

– Prosjektet har fått mye støtte, men har også møtt en del kritikk fra forskere som mener det er urealistisk (se lenger ned i artikkelen). Hva tenker du om denne kritikken?

– Det er åpenbart at en fiks ferdig velfungerende matematisk hjernemodell ikke vil stå ferdig i løpet av ti år. Men jeg tror absolutt at det er realistisk å bygge et rammeverk for en slik modell, en slags første prototype, som forskere kan ha som utgangspunkt for videre utforskning og forbedring. Vi vet en god del om synaptisk læring. Allerede i dag finnes det gode, eksperimentbaserte matematiske modeller for styrking og svekking av synapser avhengig av hvilken nevroaktivitet som foregår, sier Einevoll.

Er ikke redd

– Noen forskere mener prosjektet er fånyttes, mens lekfolk kanskje vil gå til den andre ytterligheten og si at det virker skummelt å skulle rekonstruere en menneskelig intelligens. En simulert hjerne som fungerer, vil ikke ha de plassbegrensningene som menneskehjernen har, og vi kan tenke oss at den blir smartere enn mennesket. Hva har du å si til den som er bekymret?

– Jeg kan ikke se for meg at dette skal bli et problem. Vi har allerede maskiner som "løper" fortere, løfter tyngre enn mennesker, slår oss i sjakk og oversetter tekst fra ett språk til et annet vi ikke kan. Hvis vi greier å lage nye maskiner som er smartere enn oss på andre områder, så tror jeg det bare er fint. Men vi må jo hele tiden passe at vi gjør det på riktige måter og ikke mister kontrollen.

Forskere: Dette er bortkastet arbeid

Ikke mange forskningsprosjekter høster så mye kritikk som The Human Brain Project. Og det har knapt startet.

Forskere er ofte tilbakeholdne med å kritisere andre forskere for å være for ambisiøse . Men med Human Brain Project (HBP) har det skjedd gang på gang.

Den nylig pensjonerte professoren Moshe Abeles fra Bar-Ilan University i Israel sier det slik til avisen Haaretz:

– Human Brain Project er uansvarlig, sett ut fra almenhetens interesser. Det er opplagt at forskerne ikke vil klare å holde sine løfter. Så de raner til seg offentlige midler med den ene hånden og saboterer vitenskapens fremtid med den andre, mener han.

Sebastian Seung er professor i nevroinformatikk ved MIT. Han mener også at prosjektet er nytteløst — foreløpig.

– Vet ikke nok

– Det er riktig at HBP inneholder nevroner som er realistiske i sin biofysikk. Men vi har ikke data om hvordan nevronene er koblet sammen i en menneskelig hjerne ennå. Inntil vi har klart å skaffe oss dette, er prosjektet bortkastet tid, sier han i en dokumentarfilm om prosjektet

(Du kan se den gratis på http://bluebrainfilm.com/bb).

Seung arbeider selv med å kartlegge de individuelle nevronenes sammenkoblinger. Det er fullt mulig å få kartlegge hvert nevron i en menneskehjerne i dag, men arbeidet går ekstremt tregt. Med dagens hastighet, vil det ta generasjoner før dette arbeidet er gjennomført.

Andre kritiske forskere har påpekt at vi mangler fundamental forståelse for hvilke mekanismer nevronene og deres kontaktpunkter (synapsene) benytter for å koble seg sammen. Vi forstår ikke nøyaktig hvordan hjernen lærer. Dermed vil ikke en simulert hjerne kunne organisere seg selv, den vil ikke kunne operere på egen hånd, og dermed vil prosjektet mislykkes, hevdes det.

Avviser kritikken

Karheinz Meier, som er assisterende direktør for HBP i Sveits, avviser kritikken overfor Aftenposten.

– Mange mennesker tror at man bare kan begynne å simulere hjernen etter at man har forstått den fullstendig. Dette er fundamentalt feil. Vi simulerer hjernen for å forstå den. I tillegg er synaptisk læring selvsagt på forskningsplanen til prosjektet, sier han.

Professor Jan Bjålie mener det er viktig å ikke ha urealistiske forventninger til HBP.

– Ved hjelp av HBP vil vi kunne bygge langt mer realistiske modeller, og i tillegg binde sammen modeller som dekker ulike nivåer og aspekter ved hjernefunksjon. Å bygge modeller og foreta simuleringer som dekker alt vår hjerne gjør, er ikke realistisk. Men å bygge modeller og foreta simuleringer som går langt utover dagens nivå, og som vil gi en helt ny forståelse av hjernens funksjon, med implikasjon både for helse og teknologiområdet, er derimot svært realistisk med de ressursene som er planlagt lagt inn i prosjektet, tror han.