Projet sur le cerveau humain

Le Human Brain Project ( HBP ) était un projet de recherche scientifique de l'UE doté d'un milliard d'euros qui s'est déroulé sur dix ans, de 2013 à 2023. En utilisant des supercalculateurs exascales hautes performances, il a construit une infrastructure qui a permis aux chercheurs de faire progresser les connaissances dans les domaines des neurosciences , de l'informatique et de la médecine liée au cerveau. Son successeur fut le projet EBRAINS .

Le projet, qui a débuté le 1er octobre 2013, était un projet phare de la Commission européenne dans le domaine des technologies futures et émergentes . Le HBP était coordonné par l' École polytechnique fédérale de Lausanne et financé en grande partie par l' Union européenne . Le bureau de coordination du projet était situé à Genève , en Suisse .

Des recherches évaluées par des pairs révèlent que le forum de discussion public (le forum du Human Brain Project) a été activement utilisé et a fait preuve de résilience pendant la pandémie de COVID-19 . Le forum HBP a été le plus activement utilisé et le plus utile pour résoudre les questions liées aux problèmes de programmation et aux questions proches des domaines clés du HBP.

L'approche HBP repose sur l'étude du cerveau à différentes échelles spatiales et temporelles (c'est-à-dire de la molécule aux grands réseaux sous-jacents aux processus cognitifs supérieurs, et des millisecondes aux années). Pour atteindre cet objectif, le HBP s'appuie sur la collaboration de scientifiques de diverses disciplines, notamment les neurosciences, la philosophie et l'informatique, pour tirer parti de la boucle des données expérimentales, des théories de modélisation et des simulations. L'idée est que les résultats empiriques sont utilisés pour développer des théories, qui favorisent ensuite la modélisation et les simulations qui aboutissent à des prédictions qui sont à leur tour vérifiées par des résultats empiriques.

L’objectif principal du HBP est de créer une infrastructure de recherche basée sur les TIC pour la recherche sur le cerveau, les neurosciences cognitives et l’informatique inspirée du cerveau , qui peut être utilisée par les chercheurs du monde entier.

Le projet est divisé en 12 sous-projets. Six d'entre eux développent des plateformes basées sur les TIC (sous-projets 5 à 10), qui se composent de prototypes de matériel, de logiciels, de bases de données et d'interfaces de programmation. Ces outils sont accessibles aux chercheurs du monde entier via le HBP Collaboratory . Quatre sous-projets collectent des données sur les neurosciences empiriques et établissent des fondements théoriques (sous-projets 1 à 4) et un est responsable de l'éthique et de la société (sous-projet 12). Le sous-projet 11 coordonne le projet.

• SP1 Organisation du cerveau de la souris : Comprendre la structure du cerveau de la souris et ses fonctions électriques et chimiques
• SP2 Organisation du cerveau humain : Comprendre la structure du cerveau humain et ses fonctions électriques et chimiques
• SP3 Systèmes et neurosciences cognitives : comprendre comment le cerveau exécute ses activités fonctionnelles au niveau des systèmes et des fonctions cognitives
• SP4 Neurosciences théoriques : Élaboration de modèles mathématiques de haut niveau pour synthétiser les conclusions des données de recherche
• SP5 Plateforme Neuroinformatique : Collecter, organiser et mettre à disposition des données cérébrales
• Plateforme de simulation cérébrale SP6 : développement de reconstructions de tissus cérébraux basées sur des données et de capacités de simulation pour explorer ces reconstructions
• SP7 Plateforme d'analyse et de calcul hautes performances : Fournit la capacité TIC pour cartographier le cerveau avec un niveau de détail sans précédent, construire des modèles complexes, exécuter de grandes simulations et analyser de grands volumes de données
• Plateforme d'informatique médicale SP8 : développement de l'infrastructure de partage des données hospitalières et de recherche médicale dans le but de comprendre les groupes de maladies et leurs signatures de maladies respectives
• Plateforme informatique neuromorphique SP9 : développement et application d'une technologie informatique inspirée du cerveau
• Plateforme de neurorobotique SP10 : développement de robots et d'environnements virtuels et réels pour tester des simulations cérébrales
• SP11 Gestion et coordination : Coordination générale du projet
• SP12 Éthique et société : Explorer l'impact éthique et sociétal du travail de HBP

Le HBP est coordonné par l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne et implique des chercheurs de plus de 117 institutions partenaires dans 19 pays à travers l'Europe. Les institutions partenaires notables comprennent l' Université de Heidelberg , le Forschungszentrum Jülich et l' Hôpital universitaire de Lausanne .

La direction scientifique est assurée par des représentants de chaque sous-projet du HBP, qui forment le Science and Infrastructure Board (SIB). Katrin Amunts du Forschungszentrum Jülich est la présidente du SIB. Alois Knoll de la TU Munich est le vice-président du SIB pour les logiciels. Le comité de direction dirige le travail quotidien du HBP, sous la direction d'Andreas Mortensen de l'EPFL.

Le projet HBP est financé par la Direction générale des réseaux de communication, du contenu et des technologies (DG CONNECT) de la Commission européenne dans le cadre du 7e PC , un programme de financement de la recherche et de l'innovation de l'UE. Il s'agissait de l'un des deux premiers projets phares du programme Future Emerging Technologies (FET).

Le projet est divisé en cinq phases, chacune dotée d'un financement distinct. L'appel à financement pour la phase initiale de deux ans et demi du projet, d'un montant de 54 millions d'euros, a été clôturé en novembre 2013 et les résultats ont été annoncés en mars 2014. Vingt-deux projets de trente-deux organisations ont été sélectionnés pour un financement initial de 8,3 millions d'euros. La phase de démarrage s'est terminée le 31 mars 2016. Le financement est réévalué tous les deux ans à l'aide d'accords de subvention spécifiques (SGA) ; le premier a débuté en avril 2016 (se terminant en avril 2018) et le second, doté d'un financement total de l'UE de 88 millions d'euros, a débuté en avril 2018 (se terminant en mars 2020). Le coût total du HBP est estimé à 1,019 milliard d'euros, dont 500 millions d'euros seront fournis par la Commission européenne, 500 millions d'euros par des organisations nationales, publiques et privées, et 19 millions d'euros par les partenaires de la phase de démarrage du projet principal.

L'un des principaux obstacles au projet est le caractère non systématique des informations recueillies lors des précédentes recherches sur le cerveau. Les données de recherche neurologique varient selon les schémas d'organisation biologique, les espèces étudiées et les stades de développement , ce qui rend difficile l'utilisation collective des données pour reproduire le cerveau dans un modèle qui agit comme un système unique.

D'autres obstacles incluent les problèmes d'ingénierie impliquant la consommation d'énergie , la mémoire et le stockage . Par exemple, les représentations détaillées des neurones sont très coûteuses en termes de calcul , et la simulation du cerveau entier est à la pointe de nos capacités de calcul.

Les technologies générées par le projet HBP et d’autres projets similaires offrent de nombreuses possibilités à d’autres domaines de recherche. Par exemple, un modèle cérébral peut être utilisé pour étudier les signatures de maladies dans le cerveau et l’impact de certains médicaments , ce qui permet de développer de meilleures méthodes de diagnostic et de traitement. À terme, ces technologies conduiront probablement à des options médicales plus avancées accessibles aux patients à moindre coût.

En outre, la simulation détaillée du cerveau nécessite une puissance de calcul importante , ce qui conduit à des développements dans le domaine des supercalculateurs et des techniques de calcul économes en énergie, inspirées du cerveau. Les développements informatiques peuvent être étendus à des domaines tels que l'exploration de données , les télécommunications, les appareils électroménagers et d'autres utilisations industrielles.

Les conséquences éthiques à long terme du projet sont également prises en compte. Le projet suit une politique de recherche et d'innovation responsables, et son comité consultatif d'éthique est chargé de surveiller l'utilisation de volontaires humains, de sujets animaux et les données collectées. Les implications sur la société, l'industrie et l'économie européennes sont étudiées par le Foresight Lab du programme HBP Ethics and Society.

Une lettre ouverte a été envoyée le 7 juillet 2015 à la Commission européenne par 154 chercheurs européens (750 signatures au 3 septembre 2014) se plaignant de l'approche trop étroite du HBP et menaçant de boycotter le projet. Au cœur de cette controverse se trouvait un conflit interne concernant le financement des scientifiques cognitifs qui étudient les fonctions cérébrales de haut niveau, telles que la pensée et le comportement. Cependant, le HBP a déclaré qu'il ne faisait « aucun doute que la cognition et le comportement sont essentiels au HBP », expliquant que la recherche en neurosciences cognitives avait été repositionnée dans le projet pour permettre au projet principal de se concentrer sur la construction des plateformes. En outre, la lettre ouverte demandait à la CE de « réaffecter le financement actuellement alloué au projet principal et aux projets partenaires du HBP à un financement plus large axé sur les neurosciences afin d'atteindre les objectifs initiaux du HBP, à savoir comprendre la fonction cérébrale et son effet sur la société ». Dans sa réponse, le HBP a déclaré que « bien que la recherche en neurosciences génère une grande quantité de données précieuses, il n'existe actuellement aucune technologie permettant de partager, d'organiser, d'analyser ou d'intégrer ces informations, au-delà des articles et même des bases de données. Le HBP fournira la couche manquante essentielle pour évoluer vers une reconstruction et une simulation à plusieurs niveaux du cerveau ». Il a ajouté que « les neurosciences cognitives et comportementales deviendront la composante la plus importante des neurosciences du HBP au cours du projet. Cependant, pour que cela se produise, les plateformes doivent d'abord être en place ».

Peter Dayan , directeur du département de neurosciences computationnelles à l'University College de Londres , a fait valoir que l'objectif d'une simulation à grande échelle du cerveau était radicalement prématuré, et Geoffrey Hinton a déclaré que « le véritable problème avec ce projet est qu'ils n'ont aucune idée de la manière de faire apprendre un système aussi important ». Des préoccupations similaires concernant la méthodologie du projet ont été soulevées par Robert Epstein .

Le HBP a déclaré que ses membres partageaient l’incertitude entourant la simulation à grande échelle, mais que « reconstruire et simuler le cerveau humain est une vision, un objectif ; les bénéfices viendront de la technologie nécessaire pour y parvenir. Cette technologie, développée par le HBP, bénéficiera à l’ensemble des neurosciences ainsi qu’aux domaines connexes ».

En 2015, le projet a fait l'objet d'un processus de révision et le comité exécutif composé de trois membres, dirigé par Henry Markram , a été dissous et remplacé par un conseil d'administration composé de 22 membres.

Selon un article de 2019, « En 2013, la Commission européenne a accordé à son initiative, le Human Brain Project (HBP), une subvention stupéfiante d’un milliard d’euros (d’une valeur d’environ 1,42 milliard de dollars à l’époque)… les personnes que j’ai contactées ont eu du mal à nommer une contribution majeure du HBP au cours de la dernière décennie. » Un autre article concluait que « En fin de compte, le méga-projet a créé des communautés de scientifiques concentrées sur certains objectifs communs, dit-il. « C’est un héritage durable. »

L' European Brain Research Infrastructures ( EBRAINS ) est une infrastructure de recherche créée par HBP « qui rassemble une vaste gamme de données et d'outils pour la recherche liée au cerveau ». EBRAINS se compose d'un ensemble d'initiatives d'infrastructure (telles que des atlas cérébraux), d'outils et de services (tels que la suite logicielle sPyNNaker pour le matériel SpiNNaker ), et de projets communautaires. Il s'agit d'une association internationale à but non lucratif dont le siège est à Bruxelles , en Belgique, et membre de l' association européenne Open Science Cloud .