Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиСМИ о насДокументыАрхивКонтакты

Проект CoBrain

Национальный исследовательский проект по расширению ресурсов мозга человека в рамках НТИ «НейроНет»

Проект CoBrain в рамках НТИ «НейроНет»

CoBrain обеспечит преодоление технологических барьеров и поток патентоспособных разработок. В отличие от международных проектов по изучению мозга в центре внимания CoBrain будут исследования, связанные с расширением ресурсов мозга человека (в первую очередь за счет интеграции его в техносферу).

В рамках CoBrain планируется создать 10 НейроНет-центров, которые объединят десятки различных лабораторий. Это обеспечит междисциплинарность исследований и поможет создать единую базу нейроданных. В инфраструктуре CoBrain будут предусмотрены вопросы патентования и бизнес-акселерации.

Современные зарубежные национальные и транснациональные проекты по изучению мозга

  1. Молекулы
    Европейский Human Brain Project (HBP) (2012) направлен на реконструкцию мозга путем моделирования 89 миллиардов нейронов и их 100 триллионов связей с использованием компьютеров, начиная с первого нижнего уровня передачи химических и электрических сигналов до пятого верхнего уровня особенностей поведения и восприятия человека. Подход к исследованиям — снизу вверх.
  2. Клетки
    Американский проект BRAIN (2013) направлен на разработку технологий для получения новой информации о функциональной структуре мозга с верхнего до нижнего уровня. Генерирует Big Data для HBP. Подход к исследованиям — сверху вниз.
  3. Цитоархитектоника
    Японский Brain / MINDS (2014) направлен на исследование связи генома с поведением, психическими и нейродегенеративными заболеваниями человека (болезнь Альцгеймера, шизофрения, аутизм). Используются методы генной инженерии (разрушения и вставки генов) на человекообразных обезьянах (мартышках). Исследования проводятся на молекулярном (1) и поведенческом (5) уровнях.
  4. Зоны мозга
    Китайский China Brain (2015) направлен на создание нейроморфных систем, учитывающих строение мозга человека (уровни 2 и 3 — клеток и цитоархитектоники). Разработка AI для гражданского и военного применения под управлением частной компании (Baidu).
  5. Целостный мозг
    Другие проекты: ENIGMA, Blue Brain Project, Allen Brain Atlas, Human Connectome Project.

Резюме по зарубежным проектам

Цели проектов:

  • Понимание анатомической структуры мозга с построением компьютерных моделей отношений его отдельных модулей и систем
  • Уточнение функциональной структуры мозга с выяснением корреляций между активностью отдельных его элементов, нервных клеток и их сетевых агрегаций и основными психическими процессами: восприятием, памятью, мышлением, познанием и сознанием

Применение:

  • В ближайшей перспективе: новые методы ранней диагностики и лечения заболеваний центральной и периферической нервной системы (медицина)
  • В среднесрочной перспективе: создание роботов, способных копировать человеческое восприятие и мышление (робототехника на нейроморфной основе)
  • В дальнейшей перспективе: понимание работы мозга и нейротехнологическая революция

Срок выполнения: 10 лет (до 2025 года)

Объем финансирования проектов: 25–35 миллиардов долларов, одновременно текущее финансирование нейронаук продолжается (например, в США выделяется 7 миллиардов долларов в год).

Основная научно-прикладная проблема, которая решается в рамках проекта CoBrain

Во всех зарубежных проектах нет задачи по исследованию ресурсов мозга, выявлению и устранению их дефицита, оптимизации их использования, их увеличения за счет применения новейших нейро-, фарма-, психо-, роботехнологий.

Задачи национального исследовательского проекта CoBrain

Цель CoBrain:

Расширение ресурсов больного и здорового мозга человека через разработку высокоэффективных технологий от клеточного уровня до уровня целостного мозга, а также интеграция мозга человека в информационные и технические среды различного уровня сложности.

Задачи CoBrain:

  1. Фокусировка на решении одной проблемы с имеющимся научным потенциалом РФ.
  2. Снижение до минимума затрат на инфраструктуру проекта (максимальное использование имеющегося оборудования).
  3. Быстрый старт и достижение значимых результатов в короткие сроки (3 года вместо 10 лет).
  4. Научно-практическая, а не фундаментальная направленность проекта (патенты на разработки).
  5. Проекты CoBrain приводят к созданию новых продуктов и сервисов рынка НейроНета.
  6. Синергия научных, образовательных и бизнес-структур.
  7. Подготовка молодых специалистов в области нейротехнологий.
  8. Проект генерирует новые знания, дополняющие мировые проекты.

Применение:

Результаты работы зарубежных проектов направлены на диагностику и лечение различных заболеваний нервной системы, что затрагивает около 5–10 % людей. Результаты CoBrain будут востребованы всеми категориями населения: как здоровыми, так и больными людьми.

Примеры проектов: Нейробиологические подходы по расширению ресурсов мозга

  1. Молекулярный и клеточный уровни
    Подход: управляемая пластичность мозга.
    Расширяемый ресурс: основа расширения и оптимизации ресурсов на базовом уровне (перебазировка нейронных сетей, нейрологическая память, обучение и др.).
    Примеры технологий: нейрогенетика, оптогенетика, фенотипирование.
  2. Надклеточный уровень
    Подход: контролируемая метаболическая динамика мозга.
    Расширяемый ресурс: основа оптимизации и контроля биохимических процессов, уровня возбуждения нейронов, возрастных и патологических процессов.
    Примеры технологий: биофизические методы (ТМС, tDC). Фармакологическая коррекция.
  3. Уровень областей и целостного мозга
    Подход: информационный контакт с мозгом.
    Расширяемый ресурс: основа расширения и оптимизации высших психических процессов (восприятие, мышление, сознание), выход на двустороннюю интеграцию мозга с внешними информационными системами (антропогенная мультимедийная среда, робототехнические кластеры, НейроНет и искусственный интеллект).
    Примеры технологий: нейроинтерфейсы (неинвазивные и инвазивные), нейрокоммуникаторы, нейротренажеры, нейроассистенты.

Примеры проектов: Технологические подходы по расширению ресурсов мозга человека

Подход
Расширение каналов получения мозговых данных

Примеры продукции

  1. Новые сенсоры и системы доставки данных.
  2. Модули микроэнергетической подпитки внутримозговых сенсоров.
  3. Дистанционный съем информации.
  4. Носимые системы нейростимуляции.

Подход
Глубокий анализ данных

Примеры продукции

  1. Deep Learning+ / Big Data — современная математика, моделирование, новые задачи мультимерных нейронных сетей.
  2. Системы нейровизуализации в режиме реального времени.
  3. Новые системы диагностики.

Подход
Нейроинтерфейсы нового поколения

Примеры продукции

  1. Мультимодальные, интерактивные, адаптивные нейроинтерфейсы для массового потребителя с увеличением объема передаваемой информации.
  2. Тандемные системы для взаимодействия мозга с внешним обработчиком информации на основе разделения компетенций.

Связь CoBrain с НейроНетом и запросы от рыночных групп

CoBrain — это инфраструктура по консолидации науки для преодоления технологических барьеров в интересах сегментов рынка НейроНета

НейроМедтехника

  • Новые методы ранней компьютерной диагностики заболеваний ЦНС
  • Ресурсы восстановленных органов чувств и дополнительные органы

НейроРазвлечения и спорт

  • Ресурсы креативности и быстроты мышления

НейроОбразование

  • Ресурсы концентрации, познавательной способности, объема знаний

НейроФарма

  • Дополнительные когнитивные ресурсы для молодежи и людей старшего возраста
  • Новые методы лечения болезней мозга

НейроКоммуникации и маркетинг

  • Ресурсы управления информационным потоком, противостояния ему и его селекции

НейроАссистент

  • Ресурсы гибридного типа

Анализ зарубежных проектов с точки зрения организационной структуры

Human Brain Project (EU) — централизованная иерархичная структура управления проектом под руководством лидера (Henry Markram). Используются методы моделирования на суперкомпьютерах.

Текущее состояние: кризис из-за централизованной структуры управления.
Решение: реорганизация, смена лидера.

BRAIN (USA) — небольшие группы, работающие в конкурентной среде для генерации Big Data. Управление осуществляется консультационным советом при директоре NIH.

Текущее состояние: очень медленный прогресс из-за отсутствия координации работы лабораторий.
Решение: объединение лабораторий в кластеры по направлениям.

Minds (Japan) — China Brain — центральный институт (RIKEN Brain Science Institute, Япония) или коммерческая структура (Baidu, Китай) и несколько подчиненных лабораторий.

Текущее состояние: оба проекта запущены недавно. Каждый представляет собой кластер, направленный на решение одной прикладной задачи.

Выводы:

  1. Исследования мозга ведутся параллельно на нескольких уровнях со специализацией лабораторий.
  2. Наиболее оптимальным является кластерный принцип организации работ с единым центром координации работ лабораторий.
  3. Во всех проектах используется подход по сбору и анализу Big Data.

Организационная структура CoBrain — сеть кластеров лабораторий, объединенных информационно-аналитической платформой

Организационно CoBrain состоит:

  • Из информационно-аналитической платформы (ИАП), в которой проходит сбор и анализ Big Data в области нейротехнологий на основе междисциплинарного подхода (нейрофизиология, психофизиология, когнитивная психология, биотехнологии, IT)
  • НейроНет-центров (ННЦ), в каждом из которых есть исследовательские лаборатории, образовательные центры (ОЦ), бизнес-акселераторы (БА)

Big Data хранятся на серверах Объединенного центра анализа и интеграции данных, который предоставляет коммерческий доступ к данным и аналитике для индустрии НейроНета.

Сеть лабораторий CoBrain: структура и общие требования

Скачать PDF

Научно-технический совет CoBrain — предложение ученых на проектной Форсайт-сессии (14–15 ноября 2015)

Скачать PDF

KPI CoBrain (2016–2018)

Скачать PDF

Пример системы для мультимодальной регистрации в стационарных условиях и у мобильного испытуемого

Летом 2015 года в Германии была создана экспериментальная платформа, позволяющую снимать и анализировать мультимодальные синхронные данные как в лабораторных условиях, так и у свободно перемещающегося испытуемого, включая виртуальную реальность.

Эти данные включают ЭЭГ и NIRS, полиграмму, трекинг глаз, видеосъемку человека и его лица для анализа движений, кинематики, эмоций и поведения. Когнитивная стимуляция производится с помощью пакетов типа E-Prime и Presentation. Для анализа мультимодальных данных разрабатывается вычислительная платформа MoBILAB с открытым кодом.

123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17