Mozog je zrejme najlepšie organizovaná hmota vo vesmíre. Veľké výskumné programy v USA a Európe by mohli vygenerovať dostatok informácií, aby vedci do konca desaťročia dokázali simulovať jeho činnosť vo virtuálnom prostredí.
Európsky projekt zapojí aj expertov z fyziky, kybernetiky, IT, neurorobotiky či filozofie.
Keď starí Gréci postavili v Delfách chrám Apolónovi, na stenu napísali motto Poznaj sám seba. Už prvé civilizácie chceli rozlúštiť tajomstvá ľudského vedomia, no ani modernej vede sa zatiaľ nedarí preniknúť do podstaty našich myšlienok, motivácií a správania. V poslednom čase však vznikli veľké výskumné programy, ktorých cieľom sú výpravy do hlbín ľudského mozgu.
Skladačka neurónov
Ľudský mozog je jeden z najzložitejších systémov. Tento uzlík buniek váži približne 1,4 kilogramu a skladá sa približne z 
deväťdesiatich miliárd viacerých druhov neurónov. V každom okamihu vytvárajú sto biliónov elektrických a chemických spojení. Pokrok vo výskume mozgu umožnil rozvoj experimentálnej neurovedy. Dokážu ho nielen pozorovať v akcii, ale aj manipulovať a stimulovať jeho funkcie. Pred desiatimi rokmi by sme to považovali za sci-fi, potvrdzuje William Newsome zoStanfordovej univerzity v Kalifornii. Američania už desaťročie mapujú gény v mozgových bunkách v rámci programu Allen Human Brain Atlas. Výskum mozgu sa prirovnáva k projektu Human Genome Project, ktorý zmapoval genetický kód človeka. Najskôr sa hľadajú odpovede na jednoduchšie otázky – úloha jednotlivých typov neurónov a gény, ktoré sú rozhodujúce pre ich činnosť. Potom prídu na rad fascinujúce zložitosti: ako fungujú celé neurónové siete a ako spolupracujú rôzne úrovne organizácie mozgu od obvodov až po centrá, ktoré zodpovedajú za rôzne funkcie, ako pamäť, emócie či rozhodovanie.
Dve vlajkové lode
Na oboch stranách Atlantiku sa rozbiehajú veľké programy. Cieľom americkej iniciatívy BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), vyhlásenej v apríli 2013, je nájsť nové metódy a technológie na výskum aktivity neurónov. Na začiatok dostala sto miliónov dolárov a očakáva sa, že do roku 2025 to bude päť miliárd. Podpora moderných biotechnológií sa v USA považuje za dôležitú štátnu investíciu. Zmapovanie ľudského genómu stálo tri miliardy, no každý vložený dolár odvtedy americkej ekonomike priniesol 140 dolárov.
Európa sa vlani vo februári pridala programom Human Brain Project. Vyhlásila ho za jednu z vlajkových lodí svojej vedy a vyčlenila mu dotáciu 1,1 miliardy eur. Cieľom je vytvoriť IT platformu, kde by sa sústreďovali všetky neurologické dáta a vytvorili ucelený obraz ľudského mozgu. Do roku 2020 by mal byť digitálny mozog schopný virtuálne simulovať činnosť nervových buniek, centier i celého mozgu.
Oba projekty sa dopĺňajú. V USA vznikajú technológie, ako získať široké spektrum dát o mozgu, naša platforma ich bude integrovať, objasňuje Sean Hill, jeden z riaditeľov Human Brain Project.
Európska vlajková loď zažila minulý rok vzburu časti posádky, keď stovky vedcov podpísali otvorený list adresovaný Európskej komisii. V ňom sa sťažovali na oklieštenosť pôvodného návrhu projektu a navrhovali viac vedeckých výstupov. Žiadali väčšiu účasť viacerých pracovísk a simulácie funkčnosti a prepojenia, nielen mapovanie mozgových štruktúr. Európska komisia v septembri 2014 menovala prostredníka Wolfganga Marquardta, predsedu výskumného centra v nemeckom Jülichu, na doriešenie rozporov. Podľa portálu swissinfo.ch bol projektu prisľúbený ďalší balík v hodnote až 25 miliárd eur.
Virtuálny supermodel
Európsky projekt nadväzuje na Blue Brain Project, ktorý vo Švajčiarskom federálnom technologickom inštitúte v Lausanne vedie Henry Markram (nateraz je aj šéfom Human Brain Project). Vytvára digitálne modely mozgových buniek a spája ich do virtuálnych neurónových sietí ako v reálnom mozgu.
Základným prvkom digitálneho mozgu je akási lego kocka s desiatimi tisícmi virtuálnych neurónov – v reálnom mozgu 
predstavuje nepatrný valček v priemerom 0,5 a výškou 1,5 milimetra, ktorý prechádza všetkými šiestimi vrstvami mozgovej kôry. Superpočítač IBM Blue Gene toto klbko nervov po prvý raz oživil v roku 2008. Po dodaní elektrického impulzu akčné potenciály prúdili medzi vrstvami a oscilovali presne ako v reálnom mozgu. O tri roky neskôr vytvoril Markramov tím obvod poskladaný zo sto kociek. Najnovšie vytvoril mozog potkana, zložený zo stovky obvodov. Ďalšou métou je stotisícnásobne zložitejší mozog človeka. Digitálny mozog dovolí testovať teórie, ako funguje mozog zdravého a chorého človeka, poslúži pre nové diagnostické postupy pri autizme, epilepsii, schizofrénii, ale aj liečbe depresií a Alzheimerovej choroby. Len v Európe postihujú choroby mozgu 180 miliónov ľudí, teda takmer každého tretieho obyvateľa a tento podiel sa bude predlžovaním veku dožitia zvyšovať.
Mozog rozhýbe vedu
Ani superpočítač Blue Gene nezvládne simuláciu digitálneho modelu mozgu, treba tisíckrát rýchlejšie exasuperpočítače (ich výkonnosť sa bude merať v triliónoch operácií, tzv. exaflopoch). Mohli by byť k dispozícii asi v roku 2020 a možno budú poslednou generáciou počítačov, založených na kremíkových technológiách. Ako východisko pre tzv. neuropočítače a inteligentné roboty s neuromorfickými čipmi (podobnými mozgovým okruhom) poslúžia vzorce a rovnice, popisujúce organizáciu neurónových sietí a mozgových centier.
Výskum mozgu urýchli multidisciplinárne napredovanie na všetkých frontoch, nielen v genetike, fyziológii či vedách o ľudskom poznávaní a správaní. Európsky projekt zapojí aj expertov z fyziky, kybernetiky, IT, neurorobotiky či filozofie. Posilní sa aj integrácia tímov na globálnej úrovni – hľadáme skupiny v USA, Európe, Japonsku, Číne, Latinskej Amerike i v Austrálii, ochotné deliť sa o veľké objemy dát v podobe, ktorá by umožnila integráciu a opakované používanie kdekoľvek na svete, hovorí S. Hill.
Slovensko by mohlo mať na viac
Neuroimunologický ústavSAV je členom prestížneho medzinárodného zoskupenia CoEN (Centres of Excellence in Neurodegeneration) a hybnou silounašej neurovedy. Riaditeľa prof. Michala Nováka sme sa spýtali na pozíciu výskumu mozgu na Slovensku.
Ste spoluobjaviteľom bielkoviny tau, ktorá stojí za vznikom Alzheimerovej choroby. Aké priority máte pre najbližšie roky?
Po objave pôvodcu Alzheimerovej choroby sa chceme sústrediť na dekódovanie mechanizmu jeho účinku.
V roku 2011 vzniklo Centrum excelentnosti SAV ako národná platforma pre výskum mozgu, združujúca šesť ústavov. Financovanie bolo dohodnuté len do minulého roku, znamená to, že končí svoju činnosť?
Projekt centier excelentnosti sa pre nedostatok financií zrušil. Naše Brain Centrum však žije, financujeme ho zo zahraničných a súkromných prostriedkov. Veríme, že v budúcnosti bude základom pre vytvorenie Národného programu SR pre boj s Alzheimerovou chorobou.
Zapojíte sa aj do programu Human Brain Project?
Žiaľ, v súčasnosti na to nemáme voľné kapacity.
Autor: Ľuboš Jurina
Foto: EPFL; BlueSci; EPFL/Blue Brain Project; Siemens
Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 3/2015).