Neuroinformatyka i Human Brain Project

Transkrypt

1 Sesja: Jak z otwartych danych wydobywać przydatną wiedzę? Neuroinformatyka i Human Brain Project Prof. dr hab. Daniel K. Wójcik Pracownia Neuroinformatyki IBD PAN d.wojcik@nencki.gov.pl Otwarta Nauka

2 Zmiana paradygmatu badań mózgu XX wiek Mały zespół szuka rozwiązania wybranego problemu, np. charakterystyka wybranych komórek, struktur, funkcji, itp. XXI wiek Duże zespoły systematycznie pozyskują i organizują wiedzę Model przeniesiony z fizyki wysokich energii i astrofizyki

3 Przyczyny rozwoju neuroinformatyki Tempo wzrostu ilości danych dotyczących mózgu i ich rozmaitość Cajal, 1911 Neoortical microcircuit with known Cell density profile Cell types Gene expression Ion Channels Electrical behavior Morphologies Synaptic contacts Synaptic dynamics Synaptic plasticity Brain atlas integration, Hawrylycz et al PLoS Comput Biol Feb Drosophila Brainbow, Hampel et al, Nature Methods Feb Brak adekwatnej teorii, standardów, narzędzi, infrastruktury

4 International Neuroinformatics Coordinating Facility (INCF) Global Science Forum OECD widzi potrzebę międzynarodowej koordynacji neuroinformatyki 2005 ministrowie OECD podpisują decyzję o powstaniu INCF Sierpień 2005 powstaje INCF (7 członków)

5 Wybrane działania INCF Digital Atlasing Infrastructure Waxholm Space (Przestrzeń atlasu mózgu myszy) Scalable Brain Atlas Modelowanie NineML (język opisu sieci komórek) MUSIC (interfejs do symulacji hybrydowych) Warsztaty naukowe, np INCF-OECD workshop: Promoting data sharing in dementia research

6 Allen Institute for Brain Science 2003 Paul G. Allen zakłada instytut badań mózgu w Seattle(do dzisiaj ~500 mln. USD) Wizja: Building on the traditions of large-scale scientific endeavors begun in the twentieth century, such as the Hubble Telescope, the Large Hadron Collider and the Human Genome Project, we are driving big science into the 21st century. Science model: team science, big science open science answer some of the biggest questions in neuroscience and accelerate research worldwide through public releases of new data, knowledge and tools

7 Wybrane wyniki Atlasy mózgów, m.in. Myszy (ekspresja genów) Człowieka Rozwojowy myszy Projekt Mindscope Funkcjonalne mapowanie mózgu (atlas własności komórek + modele)

8 Trzynaście podprojektów, sześć platform informatycznych: Neuroinformatyka (atlasy mózgów i analiza danych) Symulacje mózgu (wielopoziomowe modele mózgu) Informatyka medyczna (analiza danych klinicznych dla lepszego zrozumienia chorób mózgu) Obliczenia neuromorficzne (implementacja sprzętowa funkcji mózgu) Neurorobotyka (testowanie modeli mózgu i symulacji w środowiskach wirtualnych) Obliczenia wysokiej wydajności Platformy dostępne przez HBP Collaboratory

9 Wybrane wyniki Część danych i modeli udostępniona poprzez Neocortical Microcircuit Collaboration Portal Narzędzia: github Oficjalne otwarcie pierwszych narzędzi, portali i zestawów danych: lipiec 2016 (konferencja FENS)

10

11 Nowe centra badawcze i inicjatywy Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, Londyn (1G$) Instytut Neuroinformatyki w Zurychu i Brain-Mind Institute w Lozannie/Genewie Gulbenkian Brain Institute w Lizbonie European Institute for Theoretical Neuroscience w Paryżu (Human Brain Project) Riken Brain Science Institute w Japonii Sieć Centrów Bernsteina w Niemczech (100 mln. EUR, ponad 200 grup) Stockholm Brain Institute (Szwecja) Edmond and Lily Safra International Institute of Neuroscience of Natal (Brazylia) Edmond and Lily Safra Center for Brain Sciences, Uniwersytet Hebrajski w Jerozolimie (Izrael); USA: Howard-Hughes Medical Institute Janelia Farm (Virginia, 1.5 G$); Jerome L. Greene Brain Center, Columbia University (800 M$), Kavli Institutes for Neurosciences (Columbia, UCSD, Yale); Swartz-Sloan Centers for Theoretical Neurobiology (Brandeis, Caltech, New York University, Salk Institute, UCSF) Swartz Centers and Initiatives in Computational Neuroscience (Cold Spring Harbor, UCSD, Princeton, Yale, Harvard) Allen Brain Institute in Seattle Inicjatywy: FET Human Brain Project, US BRAIN initiative, CRCNS

12 Pracownia Neuroinformatyki Co bierzemy? Modele z bazy ModelDB (Yale) Narzędzia (Neuron, github, software.incf.org) Dane (np. atlasy mózgów, INCF, Allen Brain Inst.) Co dajemy Modele Narzędzia (3dBAR, POSSUM, kcsd, Brainslices) Formaty (CAF, NSDF) Dane (wyniki symulacji sieciowych)

13 Rekonstrukcje obrazu mózgu oposa

14 Obrysy struktur mózgu N. Chłodzińska

15 Dane otwarte i dostępne online cafdatasetname=pos_0.1;structurename=brain

16 Dziękuję za uwagę