Förslag till SSF-forskningsprogram – ’Brain-IT’

Medicin Teknik Naturvetenskap

jeanette hellgren kotaleski
2011-08-23 16:29, reviderat 2011-08-29 17:38
Den mänskliga hjärnan nämns ofta som den mest komplexa struktur som evolutionen frambringat. Trots hjärnforskningens framsteg är hjärnans funktion ännu ett mysterium. Från processer i den enskilda nervcellen till nervcellernas interaktion på nätverks, system och kognitiv nivå sker ett stort antal dynamiska och interaktiva förlopp. För att analysera detta krävs tillgång till kraftfulla datorer då hjärnans normala funktion inte kan förstås utan t.ex. simuleringar, baserade på data från detaljerade experiment. En förståelse av hjärnan är nödvändig för att identifiera sjukdomsmekanismer, liksom för bättre diagnos och behandling. Hjärnans sjukdomar innebär idag både stort lidande samt höga samhällskostnader. En mekanistisk förståelse av hjärnans exceptionella perceptuella förmågor och utsökta motoriska kontroll samt koordinationen mellan dessa kan även bana väg för framtidens intelligenta och läraktiga hjärn-inspirerade teknologier, och därmed få stora konsekvenser för teknik- och samhällsutvecklingen. En internationell utblick visar att skärningsområdet mellan hjärnforskning och informationsteknologi idag tillväxer exponentiellt, samt är mång-facetterat och gränsöverskidande. Här återfinns allt ifrån utveckling av avancerad programvara för neuroforskning till design av ”läraktiga” neurochips med analog eller digital VLSI eller med mer ovanliga beräkningssubstrat. Viktiga delområden är: a) Neuroinformatik – användningen av datorhjälpmedel för dataanalys och databaser för lagring av olika mätdata från hjärnan; b) Beräkningsneurobiologi (”Computational neuroscience”) – modellering och (super)datorsimulering av neuronala nätverk; c) Kognitiva och hjärninspirerade algoritmer och arkitekturer (”Brain-inspired computing”, ”Cognitive computing”) – forskning om samt implementation av hjärnans informationsbearbetande principer; d) Neurochips (”Neuromorphic chips”) – hårdvara för att exekvera hjärninspirerade algoritmer i realtid eller snabbare; e) Neurorobotik – en interaktiv robot har samma problem som en biologisk varelse vad gäller att uppfatta, tolka omgivningen och handla utifrån denna information. Hjärninspirerade principer kan revolutionera robotikområdet; f) Hjärna-dator-gränssnitt – metoder (icke-invasiva/invasiva) för att mäta och påverka hjärnans signaler i syfte att förstå mekanismer och lindra sjukdomstillstånd. Internationellt är utvecklingen inom ovan områden intensiv, och förutom att bidra till en ökad förståelse av hjärnans funktion och de sjukdomar som kan drabba den, kan ny hjärninspirerad teknologi ge upphov till nya industriella grenar med viktiga tillämpningar inom industri, sjukvård och omvårdnad, liksom i hemmet. Exempel på prominenta internationella projekt där svenska forskare medverkar finns inom EU:s FET och Cognitive systems and Robotics forskningsfinansieringsprogram, EU FET Flagship kandidat (Human Brain Project, se http://www.humanbrainproject.eu/), och DARPA:s Synapse-projekt. IBM som leder ett av konsortierna i Synapse annonserade nyligen (se http://edition.cnn.com/2011/TECH/innovation/08/18/ibm.brain.chip/) ett nytt hjärninspirerat chip. Liknande konstruktioner är i långt framskridet stadium också på närmare håll – Europa ligger tack vare en tidig och uthållig EU-FET-satsning på Neuro-IT långt framme. Förhoppningarna är stora hos neurochip-designers att den typ av beräkningar som utförs av hjärnan kan implementeras på nya typer av beräkningssubstrat, t ex memristorer. Detta skulle ge en enorm vinst vad gäller effektförbrukning och miniatyrisering. Mot bakgrund av ovanstående föreslås att SSF utlyser ett forskningsprogram inom området Brain-IT (eller Neuro-IT) med den breda innebörd som ges ovan. Flera svenska forskargrupper har stor kompetens inom Brain-IT och några är väl representerade i relevanta EU-projekt. Viktiga kompetenscentra finns redan vid KI-KTH-SU t ex i form av sekretariatet för International Neuroinformatics Coordinating Facility (INCF) (http://www.incf.org/) och Stockholm Brain Institute (SBI). Inte desto mindre är det i nuläget av strategisk betydelse för Sverige att detta område expanderas och får en mer riktad finansiering av internationellt ledande forskning där samarbete mellan grupper med olika områdesexpertis och profil premieras. Detta skulle möjliggöra för svensk forskning inom dessa områden att medverka i och bidra till den snabba internationella utvecklingen och det skulle gynna svensk neuroforskning i stort genom ett större genomslag av t ex neuroinformatiken.