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Das '''Blue-Brain'''-Projekt versteht sich als Pionierprojekt zum Verständnis der Funktionsweise des [[Gehirn]]s durch die Bildung groß angelegter [[Computational Neuroscience|Computermodelle]]. Es wurde von [[Henry Markram]]s ''Brain and Mind Institute'' der [[École polytechnique fédérale de Lausanne|École Polytechnique]] in [[Lausanne]] (Schweiz) und [[IBM]] (USA) im Mai 2005 ins Leben gerufen. Es hatte zum Ziel, bis 2015 ein biologisch korrektes, virtuelles Gehirnmodell zu schaffen. Seit einer EU-Förderung von 1 Milliarde Euro wurde das Vorhaben im Nachfolgeprojekt [[Human Brain Project]] (2013–2023) fortgeführt.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.swissinfo.ch/ger/wissen-technik/eu-forschungsgelder-fuer-die-eth-lausanne/34845818 |titel=EU-Forschungsgelder für die ETH Lausanne |hrsg=[[SWI swissinfo.ch]] |datum=2013-01-28 |abruf=2026-01-08}}</ref>

== Ziele ==
Ein wichtiges Zwischenziel des Projekts wurde Ende 2007 abgeschlossen: '''Blue Column''' hat das Ziel der vollständigen Simulation einer [[Neokortex|neokortikalen]] [[Kortikale Säule|Säule]] auf zellulärer Ebene erreicht. Neokortikale Säulen besitzen eine Höhe von 2 mm und einen Durchmesser von 0,5 mm. Beim Menschen enthalten sie circa 60.000 [[Neuron]]en. Blue Column bezieht sich auf [[Ratten]], deren kortikale Säulen circa 10.000 Nervenzellen und ungefähr 10<sup>8</sup> [[Synapse]]n beinhalten.<ref>{{Internetquelle |autor=Markus Christen |url=https://www.nzz.ch/das_gehirn_mittels_simulation_verstehen-1.594208 |titel=Das Gehirn mittels Simulation verstehen |werk=[[Neue Zürcher Zeitung]] |datum=2007-12-05 |abruf=2020-08-30 |sprache=de}}</ref>

{{Belege fehlen|Explizite Belege fehlen. Es kann sein, dass dies in einigen Weblinks verborgen ist, aber dann ist es herauszuarbeiten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Soll-Formulierungen nicht mehr angemesen sind, da das Projekt seit 2015 beendet ist|Die restlichen Angaben in diesem Kapitel|Plural=1}}

Die Simulation geht über das Konzept des [[Künstliches neuronales Netz|künstlichen neuronalen Netzes]] hinaus: Sie beruht auf biologisch plausiblen und komplexen [[Neuronenmodell|Modellen]] verschiedener Nerven[[zelltyp]]en. Eingesetzt werden der von Phil Goodman entwickelte Neocortical Simulator (NCS) in Kombination mit Michael Hines’ Software [[Neuron (Software)|NEURON]]. Die Simulation soll auf einem [[BlueGene]] [[Supercomputer]] berechnet werden. Blue Column soll innerhalb von 2–3 Jahren realisiert und anschließend mit einer Reihe von empirischen Daten getestet werden.

Im weiteren Verlauf soll die Entwicklung in zwei Richtungen fortgeführt werden:
# Simulation einer kortikalen Säule auf molekularer Ebene, um z. B. die Bedeutung von [[Genexpression]] untersuchen zu können
# Vereinfachung der Simulation mit dem Ziel, eine große Anzahl von Säulen zu vernetzen und parallel simulieren zu können. Das Endziel ist die Simulation eines vollständigen [[Neokortex]], der beim Menschen aus circa 1 Million kortikalen Säulen besteht.

In einer 10-Jahres-Perspektive sollen verschiedene Forscher weltweit eigene Modelle verschiedener Gehirnregionen erstellen und in eine Internet-Datenbank hochladen können. Die Blue-Brain-Software soll diese Module miteinander vernetzen und daraus die erste Simulation eines vollständigen Gehirns aufbauen. Um das zu erreichen, müssen mehrere noch ungelöste Probleme bewältigt werden.

== Erreichte Meilensteine ==
Im Oktober 2015 wurde als erstes größeres Ergebnis die Simulation der Aktivität von etwa 31.000 Neuronen aus dem [[Somatosensorischer Cortex|somatosensorischen Cortex]] eines Rattengehirns präsentiert.<ref name="Fischer_spektrum">{{Internetquelle |autor=Lars Fischer |url=http://www.spektrum.de/news/rattenhirn-im-computer-befeuert-streit-um-hirnprojekt/1370191 |titel=Rattenhirn im Computer befeuert Streit um Hirnprojekt |werk=[[Spektrum.de]] |datum=2015-10-09 |abruf=2015-10-11}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Henry Markram et al. |Titel=Reconstruction and Simulation of Neocortical Microcircuitry |Sammelwerk=[[Cell (Zeitschrift)|Cell]] |Band=163 |Nummer=2 |Datum=2015-10-08 |Seiten=456–492 |Sprache=en |DOI=10.1016/j.cell.2015.09.029}}</ref>

Als Nachfolgeprojekt auf EU-Ebene ist das [[Human Brain Project]] zu verstehen, das ebenfalls von Markram lanciert wurde.<ref name="timeline 2013">{{Internetquelle |url=https://www.epfl.ch/research/domains/bluebrain/blue-brain/about/timeline/ |titel=Timeline and Achievements |hrsg=[[École polytechnique fédérale de Lausanne]] (EPFL) |abruf=2020-08-30 |sprache=de |kommentar=siehe unter „2013“, EU-Projekt „Human Brain Project“}}</ref>

Am 11. Januar 2018 veröffentlichte die EPFL die Datenplattform „Blue Brain Nexus“ des Blue Brain Project.<ref name="timeline 2018">{{Internetquelle |url=https://www.epfl.ch/research/domains/bluebrain/blue-brain/about/timeline/ |titel=Timeline and Achievements |hrsg=[[École polytechnique fédérale de Lausanne]] (EPFL) |abruf=2020-08-30 |sprache=de |kommentar=siehe unter „2018“, „Blue Brain Nexus“ veröffentlicht}}</ref>

2018 wurde der erste digitale 3D-Gehirnatlas veröffentlicht, welcher Informationen über Zelltypen, -zahlen und -positionen von 737 Regionen des Gehirns beinhaltet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181128082718.htm |titel=Blue Brain Project releases first-ever digital 3D brain cell atlas |datum=2018-11-25 |abruf=2022-07-11 |sprache=en}}</ref>

2019 präsentierte Idan Segev, ein Neurowissenschaftler des Blue Brain Projekts, einen Vortrag mit dem Titel: „Brain in the computer: what did I learn from simulating the brain.“ (zu deutsch: „Das Gehirn im Computer: Was ich von der Simulation des Gehirns lernte“). In diesem Vortrag erwähnte er, dass der gesamte Kortex des Mäusegehirns komplett sei, und die virtuellen EEG-Experimente bald beginnen würden. Außerdem sagte er, dass das Model zu diesem Zeitpunkt zu komplex für Supercomputer sei, und dass Methoden untersucht würden, um die Neuronen durch neurale Netzwerke zu repräsentieren.<ref>{{Internetquelle |autor=Idan Segev |url=https://www.youtube.com/watch?v=sEiDxti0opE |titel=Brain in the computer: What did I learn from simulating the brain |datum=2019-06-03 |abruf=2022-07-11}}</ref>

2022 verwendeten Wissenschaftler des Blue Brain Projektes algebraische Topologie, um einen Algorithmus zu entwickeln („Topological Neuronal Synthesis“), welcher aus einer kleinen Anzahl von Referenz-Zellen Millionen synthetische, einzigartige neuronale Morphologien erzeugt. Das hilft, um gesunde und erkrankte Zustände des Gehirns zu replizieren. In einem Artikel waren Kenari at al. in der Lage, auf diese Weise digitale dendritische Morphologien zu erzeugen, und gesamte Gehirnregionen auszuarbeiten, basierend auf nur wenigen Referenz-Zellen. Da dieser Algorithmus Open-Source-Software ist, kann es die Modellierung von erkrankten Zuständen des Gehirns ermöglichen, und schließlich zu einem digitalen Zwilling eines Gehirns.<ref>{{Internetquelle |autor=Kate Mullins |url=https://news.epfl.ch/news/blue-brain-builds-neurons-with-mathematics-2/ |titel=Blue Brain builds neurons with mathematics |datum=2022-04-06 |abruf=2022-07-11}}</ref>

== Software ==
Das Blue Brain Project hat eine Reihe von Programmen zur Rekonstruktion und Simulation des Mausgehirns entwickelt.

=== Blue Brain NEXUS ===
Blue Brain NEXUS<ref>{{Internetquelle |url=https://www.technologynetworks.com/informatics/articles/building-the-blue-brain-nexus-295851 |titel=Building the Blue Brain Nexus |hrsg=Informatics from Technology Networks. |datum=2021-06-04 |abruf=2022-11-13}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://bluebrainnexus.io/ |titel=The Nexus Ecosystem: Better (Research) Data Management |hrsg=bluebrainnexus.io |datum=2021-06-04 |abruf=2022-07-13}}</ref> ist eine Datenintegrationsplattform, die es Nutzern ermöglicht, Daten zu suchen, abzulegen und zu organisieren. Sie basiert auf dem FAIR-Datenprinzip und bietet flexible Lösungen für die Datenverwaltung auch jenseits neurowissenschaftlicher Studien. Es ist eine Open-Source-Software und steht jedem auf github zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/BlueBrain/nexus |titel=BlueBrain/nexus |hrsg=The Blue Brain Project |datum=2021-06-03 |abruf=2022-07-13}}</ref>

=== BluePyOpt ===
BluePyOpt<ref>{{Literatur |Autor=W. Van Geit, M. Gevaert, G. Chindemi, C. Rössert, J. D. Courcol, E. B. Muller, F. Schürmann, I. Segev, H. Markram |Titel=BluePyOpt: Leveraging Open Source Software and Cloud Infrastructure to Optimise Model Parameters in Neuroscience |Sammelwerk=Frontiers in Neuroinformatics |Band=10 |Datum=2016 |Seiten=17 |arXiv=1603.00500 |DOI=10.3389/fninf.2016.00017 |PMC=4896051}}</ref> ist ein Tool zur Erstellung elektrischer Modelle einzelner Neuronen. Dazu verwendet es evolutionäre Algorithmen, um die Parameter auf experimentelle elektrophysiologische Daten zu beschraenken. Versuche, einzelne Neuronen mit BluePyOpt zu rekonstruieren, werden von Rosanna Migliore,<ref>{{Literatur |Autor=R. Migliore, C. A. Lupascu, L. L. Bologna, A. Romani, J. D. Courcol, S. Antonel, W. A. Van Geit, A. M. Thomson, A. Mercer, S. Lange, J. Falck, C. A. Rössert, Y. Shi, O. Hagens, M. Pezzoli, T. F. Freund, S. Kali, E. B. Muller, F. Schürmann, H. Markram, M. Migliore |Titel=The physiological variability of channel density in hippocampal CA1 pyramidal cells and interneurons explored using a unified data-driven modeling workflow |Sammelwerk=PLOS Computational Biology |Band=14 |Nummer=9 |Datum=2018-09 |Fundstelle=Artikel e1006423 |DOI=10.1371/journal.pcbi.1006423 |PMC=6160220 |PMID=30222740 |bibcode=2018PLSCB..14E6423M}}</ref> und Stefano Masori<ref>{{Literatur |Autor=S. Masoli, M. F. Rizza, M. Sgritta, W. Van Geit, F. Schürmann, E. D'Angelo |Titel=Single Neuron Optimization as a Basis for Accurate Biophysical Modeling: The Case of Cerebellar Granule Cells |Sammelwerk=Frontiers in Cellular Neuroscience |Band=11 |Datum=2017 |Seiten=71 |DOI=10.3389/fncel.2017.00071 |PMC=5350144 |PMID=28360841}}</ref> vorgenommen. Es ist eine Open-Source-Software und steht jedem auf github zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/BlueBrain/BluePyOpt |titel=BlueBrain/BluePyOpt |hrsg=The Blue Brain Project |datum=2020-12-16 |abruf=2022-07-13 |sprache=en}}</ref>

=== CoreNEURON ===
CoreNEURON<ref>{{Literatur |Autor=P. Kumbhar, M. Hines, J. Fouriaux, A. Ovcharenko, J. King, F. Delalondre, F. Schürmann |Titel=CoreNEURON : An Optimized Compute Engine for the NEURON Simulator |Sammelwerk=Frontiers in Neuroinformatics |Band=13 |Datum=2019 |Seiten=63 |arXiv=1901.10975 |DOI=10.3389/fninf.2019.00063 |PMC=6763692 |PMID=31616273}}</ref> ist eine Ergänzung zu NEURON und erlaubt Simulationen in großem Maßstab, indem es die Speichernutzung und die Berechnungsgeschwindigkeit erhöht. Es ist eine Open-Source-Software und steht jedem auf github zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/BlueBrain/CoreNeuron |titel=BlueBrain/CoreNeuron |hrsg=The Blue Brain Project |datum=2020-12-15 |abruf=2022-07-13 |sprache=en}}</ref>

=== NeuroMorphoVis ===
NeuroMorphoVis<ref>{{Literatur |Autor=M. Abdellah, J. Hernando, S. Eilemann, S. Lapere, N. Antille, H. Markram, F. Schürmann |Titel=NeuroMorphoVis: a collaborative framework for analysis and visualization of neuronal morphology skeletons reconstructed from microscopy stacks |Sammelwerk=Bioinformatics |Band=34 |Nummer=13 |Datum=2018-07 |Seiten=i574–i582 |DOI=10.1093/bioinformatics/bty231 |PMC=6022592 |PMID=29949998}}</ref> ist ein Visualisierungstool für Morphologien von Neuronen. Es ist eine Open-Source-Software und steht jedem auf github zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/BlueBrain/NeuroMorphoVis |titel=BlueBrain/NeuroMorphoVis |hrsg=The Blue Brain Project |datum=2020-12-15 |abruf=2022-07-13 |sprache=en}}</ref>

=== SONATA ===
SONATA<ref>{{Literatur |Autor=K. Dai, J. Hernando, Y. N. Billeh, S. L. Gratiy, J. Planas, A. P. Davison, S. Dura-Bernal, P. Gleeson, A. Devresse, B. K. Dichter, M. Gevaert, J. G. King, W. A. Van Geit, A. V. Povolotsky, E. Muller, J. D. Courcol, A. Arkhipov |Titel=The SONATA data format for efficient description of large-scale network models |Sammelwerk=PLOS Computational Biology |Band=16 |Nummer=1 |Datum=2020-02 |Seiten=e1007696 |DOI=10.1371/journal.pcbi.1007696 |PMC=7058350 |PMID=32092054 |bibcode=2020PLSCB..16E7696D}}</ref> ist ein gemeinsames Projekt des Blue Brain Project und des Allen Institute for Brain Science zur Entwicklung eines Standards für ein Datenformat um eine plattformübergreifende Arbeitsumgebung mit größerem Rechenspeicher und höherer Effizienz zu ermöglichen. Es ist eine Open-Source-Software und steht jedem auf github zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/BlueBrain/sonata |titel=BlueBrain/sonata |datum=2018-04-28 |abruf=2022-07-13 |sprache=en}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/AllenInstitute/sonata |titel=AllenInstitute/sonata |datum=2020-12-02 |abruf=2022-07-13 |sprache=en}}</ref>

== Verwandte Projekte ==
=== Cajal Blue Brain ===
[[Datei:UPM-CeSViMa-SupercomputadorMagerit.jpg|mini|Der [[Magerit]] Supercomputer (CeSViMa) des Cajal Blue Brain-Projekts]]
Das Cajal Blue Brain-Projekt wird von der [[Technische Universität Madrid|Technischen Universität Madrid]] koordiniert und nutzt die Einrichtungen des [[Supercomputing and Visualization Center of Madrid]] und seines Supercomputers Magerit (CeSViMa). Das Cajal-Institut nimmt ebenfalls an dieser Zusammenarbeit teil. Schwerpunkt der Forschung am Cajal Blue Brain sind neurologische Experimente und Computersimulationen. Dabei spielt die Nanotechnologie, in Form eines neu konzipierten Gehirnmikroskops, eine wichtige Rolle. Neben der UPM und dem CSIC gehören dem Projekt zwölf weitere wissenschaftliche Gruppen aus verschiedenen spanischen Forschungsinstituten und -organisationen an: das ''Instituto de Investigaciones Biomédicas de Barcelona'' unter der Leitung des ''Consejo Superior de Investigaciones Científicas'' (CSIC), die ''Universidad de Castilla La Mancha'', die ''Universidad Rey Juan Carlos'', die ''Universidad del País Vasco'', die ''Universidad de Las Palmas de Gran Canaria'', das ''Hospital Ramón y Cajal de Madrid'' und das ''Hospital Carlos Haya de Málaga''.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=11626 |titel=Nanotechnology Microscope for Brain Studies |werk=AZoNano |hrsg=AZoNetwork |datum=2009-05-21 |abruf=2020-08-30 |sprache=en}}</ref>

=== Dokumentarfilm ===
2020 soll ein 10-teiliger von Noah Hutton gedrehter Dokumentarfilm veröffentlicht werden. Jeder Teil widmet sich einem Einjahresabschnitt der Arbeit des Projekts an der Eidgenössischen Technische Hochschule Lausanne (EPFL). Die Dreharbeiten begannen 2009 und andere ähnliche Forschungsprojekte werden ebenfalls aufgegriffen und erwähnt.<ref>{{Internetquelle |autor=Noah Hutton |url=https://medium.com/labocine/selections-from-bluebrain-a-10-year-neuroscience-documentary-56d869599640 |titel=Selections From Bluebrain: A 10-Year Neuroscience Documentary |werk=Medium |datum=2016-12-08 |abruf=2020-08-30 |sprache=en}}</ref>

== Kritik ==
Manche Kritiker sehen Markrams Projekt als teuren Irrweg an und meinen, das Geld solle besser für Forschung an echten Hirnen verwendet werden.<ref name="Fischer_spektrum" />

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Joachim Laukenmann
|Titel=Lausanner Forscher wollen erstmals einen zentralen Baustein des Hirns simulieren
|Sammelwerk=[[SonntagsZeitung]]
|Datum=2007-02-11}}
* {{Literatur
|Autor=Henry Markram
|Titel=The Blue Brain Project
|Sammelwerk=[[Nature Reviews Neuroscience]]
|Band=7
|Nummer=2
|Datum=2006-02-01
|Seiten=153–160
|Sprache=en
|DOI=10.1038/nrn1848}}

== Weblinks ==
* {{Internetquelle
|url=https://www.epfl.ch/research/domains/bluebrain/
|titel=Blue Brain Project
|hrsg=[[École polytechnique fédérale de Lausanne]] (EPFL)
|sprache=en
|abruf=2020-08-30
|abruf-verborgen=1}}
* [http://www.nzz.ch/aktuell/startseite/das-gehirn-mittels-simulation-verstehen-1.594208 ''Das Gehirn mittels Simulation verstehen.''] In: ''[[NZZ Online]].'' 5. Dezember 2007
* [http://bluebrainfilm.com/ BLUEBRAIN – A Documentary Film.] Ein auf zehn Jahre angelegter Dokumentarfilm über das Blue Brain-Projekt (englisch)
* {{Internetquelle
|autor=Bettina Bläsing
|url=https://www.welt.de/print-welt/article189243/Gehirn-aus-Bits-und-Bytes.html
|titel=Gehirn aus Bits und Bytes
|werk=[[Die Welt]]
|datum=2006-01-07
|sprache=de
|abruf=2020-08-30
|abruf-verborgen=1}}
* {{Internetquelle
|autor=Manfred Dworschak
|url=https://www.spiegel.de/spiegel/print/d-50503744.html
|titel=Neurowissenschaft – Hirn aus der Fabrik
|werk=[[Der Spiegel]]
|datum=2007-02-12
|sprache=de
|abruf=2020-08-30
|abruf-verborgen=1}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Neurobiologie]]
[[Kategorie:Neurowissenschaften]]
[[Kategorie:Computational Neuroscience]]
[[Kategorie:Künstliche Intelligenz]]
[[Kategorie:Supercomputer]]

Blue Brain - Versionsgeschichte

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