Mit der Informatikplattform „The Virtual Brain“ sind die Charité – Universitätsmedizin Berlin und das Berliner Institut für Gesundheitsforschung/Berlin Institute of Health (BIH) erfolgreich im Großforschungsprojekt des EU-Flaggschiffs „Human Brain Project“ angekommen.

Finanziert durch das europäische Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizon 2020“ integrieren die Forscher der Charité ihre Open-Source-Plattform in das EU-Flaggschiff, um eine effiziente und reproduzierbare wissenschaftliche Basis für alle beteiligten Wissenschaftler zu etablieren. Forschungsschwerpunkte werden eine optimierte Theorie der eingesetzten Computermodelle, eine effiziente Simulationstechnik und Informatiklösungen für die Reproduzierbarkeit von Studien sein.

Das Projekt wird von Prof. Dr. Petra Ritter, BIH Johanna Quandt Professorin für Gehirnsimulation an der Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie der Charité geleitet und startete am 1. April 2018 für zunächst zwei Jahre. Es ist darauf ausgerichtet, die digitale Infrastruktur des „Human Brain Projects“ mitzugestalten und durch die Integration von Forschungsergebnissen vieler Institutionen ein besseres Verständnis der Funktionsprinzipien des Gehirns zu erhalten. Das „Human Brain Project“ hat sich zum Ziel gesetzt, neurowissenschaftliche Daten zu sammeln und zu verbreiten, das Gehirn zu simulieren sowie das sogenannte „Brain Inspired Computing“ zu entwickeln. Beispielsweise sollen neue Arten von Supercomputern gebaut werden, die auf Architekturen beruhen, die dem Gehirn ähnlich sind. Am „Human Brain Project“ sind etwa 750 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus mehr als 100 Institutionen und mehr als 20 Ländern beteiligt.

„The Virtual Brain“ ist eine Open-Source-Simulationsplattform. Mit ihr ist es möglich, experimentelle Daten des Gehirns aus verschiedensten Quellen zu verknüpfen und die Mechanismen dahinter zu verstehen. Indem die Daten von einer Person in das Modell aufgenommen werden, können personalisierte Gehirnmodelle erstellt werden. „Gemessen an der Komplexität eines Organismus haben wir in der Biologie noch immer sehr wenige Daten zur Verfügung. Big Data ist wichtig, aber mindestens ebenso wichtig sind die Theorien dahinter. Eine exzellente digitale Infrastruktur ist Grundvoraussetzung für effizientes Data Sharing und für die Entwicklung detaillierter Computermodelle von Erkrankungen“, sagt Prof. Ritter über die Funktion der Simulationsplattform innerhalb des Projekts. Sie ergänzt: „Die Neurowissenschaft generiert eine Vielzahl einzigartiger Daten über die Funktion des Nervensystems. Eine Herausforderung besteht darin, unterschiedliche Datenquellen zu integrieren, um ihre komplexen Abhängigkeiten in der Gehirnfunktion zu erkennen.“ Der neuroinformatische Ansatz beim „Human Brain Project“ mit computergestützter Modellierung und Simulation bietet eine prinzipielle Möglichkeit, solche Daten zusammenzuführen und solche Zusammenhänge zu verstehen. Mit „The Virtual Brain“ soll sichergestellt werden, dass eine validierte, gut dokumentierte Software genutzt wird und nicht jedes Labor seine eigene Entwicklung anstrebt.

Prof. Ritter hat ein klares Ziel vor Augen: „Die große Vision ist, in Zukunft Behandlungen am digitalen Doppelgänger eines Patienten zu testen. Es geht nun darum, diese Idee auch in die Tat umzusetzen und die zentralen digitalen Plattformen weiter zu entwickeln und zu vernetzen. Wir haben gezeigt, dass wir in der Lage sind, eine funktionierende Open-Source-Plattform zu bauen, die effiziente und reproduzierbare Wissenschaft erlaubt. Die Charité und das BIH werden bei dieser wichtigen Entwicklung eine führende Rolle übernehmen.“