10年間で47億ドルを費やしたEUの「ヒューマン・ブレイン・プロジェクト」は失敗したのか？人間の脳を再構築するアルゴリズムは手の届かないところにあり、結果は断片的である

10年前、ヨーロッパの科学者たちは巨大なコンピューターで人間の脳を再現する計画を立てました。

10年後、EUの6億ユーロの大半は無駄になった。

EUはヒューマン・ブレイン・プロジェクト（HBP）と呼ばれるこのプロジェクトに約47億人民元を投資した。

何千もの論文を発表しているトップ科学者は 500 人以上います。

10年にわたるヒューマン・ブレイン・プロジェクトは今年9月に終了します。

しかし、人間にとって、人間の脳を完全に理解することは依然として困難です。

言うまでもなく、コンピューターを使用して人間の脳をシミュレートし、脳のような知能を開発します。

ちょうど今日、ネイチャー誌は、この計画の成果と複雑で波乱に満ちたプロセスを詳細に検証した長い記事を掲載した。

記事アドレス: https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x

スイスの科学者：人間の脳をシミュレートすることは不可能ではない

このプロジェクトの最初の発起者は、10年以上前に大胆な約束をしたスイスの神経科学者ヘンリー・マークラム氏でした。

2009年、彼はイギリスのTEDカンファレンスで皆を驚かせる計画を発表しました。

彼は脳の構造に関する理解に基づき、コンピューターを使って人間の脳の86億個のニューロンと100兆個のシナプスをシミュレートする複雑な数学モデルを作成する予定だ。

おそらくコンピューター技術に対する過度の楽観主義から、彼は人間の脳をシミュレートすることは不可能ではないと信じていた。

人間の脳をうまくシミュレートできれば、それは人類にとって大きな意義を持つでしょう。アルツハイマー病を克服でき、ロボットはより賢くなり、認知能力が強化され、コンピューターさえも高速化できるようになります。

そのため、このプロジェクトは発表後、大きな注目を集め、巨額の資金を集めました。EUはHBPに多額の投資をしたと言えます。

2009年、コンピュータ、デジタルサービスなどの分野で欧州の技術が米国に遅れをとっているとの懸念から、欧州委員会の通信ネットワーク・コンテンツ・技術総局は「将来の新興技術フラッグシッププロジェクト」を設立し、選ばれたプロジェクトに10億ユーロの資金を提供しました。

2013年、「ヒューマン・ブレイン・プロジェクト」がEU政府の主導で正式に開始され、26か国の135のパートナー機関が参加し、10年間の期間が予定されています。

このプロジェクトは13億ユーロを投資する予定で、神経情報科学、脳シミュレーション、高性能コンピューティング、医療情報科学、ニューロモルフィックコンピューティング、神経ロボティクス研究に特化した情報通信技術プラットフォームの開発を目指しています。

このプロジェクトは、スーパーコンピューター技術を通じて脳機能をシミュレートし、スーパー人工知能を実現することに重点を置く。

人間の側頭葉の神経回路のデジタル再構成

いくつかの成功を収めたが、多くの批判も受けた

10 年間で、HBP プログラムは一定の成功を収めました。何千もの論文が発表され、神経科学の分野で大きな進歩が遂げられました。

科学者たちは、少なくとも200の脳領域の詳細な3Dマップを作成し、失明を治療するための脳インプラントを開発し、スーパーコンピューターを使用して記憶や意識などの機能をモデル化し、さまざまな脳障害の治療法を進歩させてきました。

しかし、ヒューマン・ブレイン・プロジェクトは発足当初から批判されてきました。

欧州委員会のトーマス・スコルダス事務局長は「プロジェクトが始まったとき、スーパーコンピューターを使って複雑な脳機能をシミュレートする人間の能力はおろか、ビッグデータの可能性を信じる人はほとんどいなかった」と述べた。

多くの科学者にとって、この目標自体は非現実的です。

それだけでなく、HBP は研究の方向性を何度も変えており、科学研究の成果はモザイクのように断片化しています。

フランス国立科学研究センター（CNRS）の認知科学者イヴ・フレニャック氏は、HBPは脳に関する包括的または独自の理解を提供するものではないと語る。 「脳全体を見ることはできない。見えるのは脳の一部だけだ」と彼は言う。

これまでのプロジェクトの最大の成果は、世界中の科学者がシミュレーション実験を行うことができる「EBRAINS」と呼ばれるデジタル仮想プラットフォームだろう。

「今日、私たちは脳のデジタルツインを構築するためのあらゆるツールを自由に使えるようになっています」と、フランスのエクス・マルセイユ大学の神経科学者でヒューマン・ブレイン・プロジェクトの理事会メンバーであるヴィクトル・ジルサ氏は言う。

ヒューマン・ブレイン・プロジェクトのリーダーたちは、このプラットフォームが彼らの野心的な目標に一歩近づくことを望んでいます。

しかし、プロジェクトへの資金は依然として不安定だ。こうした巨額の投資を背景に、プロジェクトの進捗が遅いことにヨーロッパの科学者たちは不満を抱いている。

「我々は脳に突撃する最初のチームになるかもしれない」と、2019年にHBPに加わったアムステルダム大学の計算神経科学者ホルヘ・メヒアス氏は言う。「しかし今や世界中のどのチームも時間と競争している。立ち止まって休む暇はない」

苦難の旅

ヒューマン・ブレイン・プロジェクトは当初から物議を醸してきた。

このプロジェクトが2013年に開始されたとき、その主な目標の1つは、脳の機能、組織、および脳に関連する疾患をより深く理解するために、脳を研究するために必要なツールとインフラストラクチャを開発することでした。

基礎および臨床神経科学におけるいくつかの小規模プロジェクトも含まれています。

当時、それと並行して進められていたもう一つの重要なプロジェクトが「グラフェン」の研究でした。

欧州連合とプロジェクトの資金提供者は、ヒューマン・ブレイン・プロジェクトに10億ユーロの資金提供を約束した。

最終的に、研究資金として6億700万ユーロを受け取り、そのうち4億600万ユーロはEUから提供された。

資金は4つのフェーズに分けて支給され、各フェーズで資金獲得を競う研究室に徐々に提供される予定です。

しかし、最初の年にプロジェクトは問題に直面しました。

このプロジェクトの創始者で、TEDトークでこのプロジェクトを提案した神経科学者ヘンリー・マークラム氏は、HBPは10年以内に細胞レベルで人間の脳を再構築し、シミュレートできるようになると公に宣言した。

彼の主張は神経科学者の間で広く懐疑的な見方を引き起こした。

しかしマークラム氏はこう答えた。「科学が新たな道筋を示すとき、論争は当然起こるものだ。」

この野心的な目標がHBPの実現に役立ったと、英国ケンブリッジ大学の計算神経科学者ティモシー・オリアリー氏は言う。

なぜなら、「野心的、あるいは馬鹿げたように聞こえる目標を提案しなければ、ヒューマン・ブレイン・プロジェクトは資金提供を受けられないかもしれない」からだ。

時が経つにつれ、マークラムのリーダーシップはますます厳しく監視されるようになった。

2014年、彼と他の実行委員会メンバー2人はプロジェクトの研究重点を変更し、認知神経科学研究の多くを削減し、18の研究室がプロジェクトから撤退することとなった。

しかしマークラム氏は、資金の配分をめぐって各省庁間で争いがあると考えている。

その後、150人以上の科学者が抗議書に署名し、欧州委員会にHBPの目的を早急に再検討し、2回目の資金提供を行うよう求めた。

この手紙では、HBP が適切に管理されておらず、科学的な軌道から部分的に逸脱している現状について説明しています。

マークラム氏は、不適切な管理の問題に正面から取り組むのではなく、代わりに彼に従わなかった一部の科学者を非難した。

「神経科学コミュニティの一部の人々が、統一されたビジョンのもとに団結する準備ができていないことは明らかです。」

その後、EUはプログラムの仕組みを調査し、その目的を改訂するために独立した専門家の委員会を設置した。

委員会は、HBP が科学的目標を再評価してより明確に表現し、認知科学とシステム神経科学をその中核プログラムに再統合することを推奨します。

2015年2月、HBP理事会は3人で構成される執行委員会を解散し、より大規模な委員会を設置することを決議した。

この混乱により、多くの科学者がこのプロジェクトに抵抗するようになった。 「この懐疑論がプロジェクトの発展を妨げている」とメヒアス氏は語った。

同時に、世界各国で大規模な脳プロジェクトが立ち上げられたり、高速運用段階に入ったりしています。

HBPの開始と同時に、米国と日本は脳研究プロジェクトを立ち上げ、米国は2026年まで、日本は15年間研究を続ける予定だ。

中国の脳研究プロジェクトは2021年に開始され、オーストラリアと韓国のプロジェクトはともに7年目を迎えている。

しかし、このプロジェクトのドラマは実行委員会の解散で終わらなかった。

2016 年から 2020 年にかけて、プロジェクト管理にはいくつかの変更がありました。

この時点で、プロジェクトの研究はようやく加速し始めました。

2016年、プロジェクト開発段階の結果として、HBPは脳シミュレーション、高性能分析とコンピューティング、ニューロロボティクスなどの分野をカバーする6つの専門的なオペレーティングプラットフォームを立ち上げました。

「この6つの方向を時間をかけて統合していくというのが目的ですが、当初はそれぞれがかなり独立していました」と、ドイツのユーリッヒ研究センターの神経科学者でHBPの科学ディレクターのカトリン・アムンツ氏は言う。

「HBP のような大規模プロジェクトには、学習プロセスが伴うことがよくあります。プロジェクトが始まったばかりの頃は、多くのことが順調に進んでいません。」

期間は10年、費用は6億ユーロだが、これだけの苦労の末、当初の資金と時間の投資の効果は大きく減ってしまった。

重要な成果

経営以外にも、HBP は数多くの重要な科学的研究成果を蓄積してきました。

HBP の科学者たちは、大脳皮質と脳の深部構造の約 200 個の 3D マップを作成し、組み合わせることで、細胞や分子の構造から機能モジュールや接続性に至るまでの脳の多段階組織のマップである「ヒューマン ブレイン アトラス」を作成しました。

「人間の脳地図帳は、脳用のグーグルマップのようなものだ」とアムンツ氏は3月の2023 HBPサミットで語った。

この地図帳は、死後の脳データを使い、人々の自然な違いを考慮した標準化された地図を作成します。

HBP の科学者たちはこのアトラスを使用して、記憶、言語、注意、音楽処理に寄与する前頭前皮質の 6 つのこれまで知られていなかった脳領域を発見しました。

同時に、このアトラスは、アレン ヒューマン ブレイン アトラスの遺伝子発現データとリンクすることで、脳全体のニューロンを特徴付けるために使用できます。

研究者らは、これらのペアマップを使用して、うつ病に関連する遺伝子発現の変化が前頭皮質の構造的および機能的変化とどのように関連しているかを明らかにしました。

さらに、HBP の研究者は、顕微鏡画像に基づいて脳領域の実物大の足場モデルを構築できる独自のアルゴリズムを開発しました。

研究者たちはこのツールを使って、記憶にとって重要な海馬のCA1領域の詳細な地図を作成した。そこには約500万個のニューロンと400億個のシナプスが含まれています。

現在、HBP は研究の成果の一部を臨床応用に応用しています。たとえば、「デジタルツイン」とも呼ばれるパーソナライズされた脳モデルは、てんかんやパーキンソン病の治療を改善するために使用できます。

全体像ではない

しかし、HBP は神経科学研究における長年の課題である断片化に悩まされています。

これは、プロジェクトの主催者と批評家の両方が共有する批判点でもある。

フレニャック氏はこう言った。

「非常に巧妙な設計と発明は見られますが、マルチスケールの統合や大きな問題の解決はあまり見られません。」

HBPは人間の脳の解剖学を詳細に説明し、脳の構造と機能を遺伝子発現に結び付けるツールを開発しました。

そのため、過去 3 年間、HBP は学際的なサブプロジェクトの断片化を克服しようと努めてきました。

プロジェクト参加者は、EBRAINS と HBP の 6 つのプラットフォーム イニシアチブにテクノロジーを統合し、互換性のあるツールと共有データ標準を開発するなど、一連の取り組みも行いました。

また、将来の研究が分野ではなく特定の科学的課題に集中するように、いくつかのグループが再編成されました。

しかしジルサ氏は、「まだやるべきことはたくさんある...神経ロボット工学は、臨床主導のグループとはまだつながりがない」と語った。

一部の研究者は、「焦点の欠如」がHBPの科学的成果の断片化につながったと考えています。

ドイツのゲッティンゲン大学の理論神経物理学者フレッド・ウルフ氏は、公開書簡に署名した後、HBPを去った。

「10年以上続いたこのプロジェクトが概念上の飛躍的進歩を生み出すことを期待していた」と彼は言うが、HBPではそうはならなかった。

HBPには関与していないパリの統合神経科学・認知センターの神経科学者デビッド・ハンセル氏は、このプロジェクトには優先順位がなく、協力も限られていると語る。

これは、HBP がその規模を活用できず、神経科学コミュニティを共通の目標のもとに真に団結させることに失敗したことを意味します。

「このプロジェクトには、答えるべき包括的で正当な質問のリストはありませんでした」とハンセル氏は言う。「単に『脳を理解する』という目標があっただけです。」

しかし、メリーランド州ベセスダにある米国国立衛生研究所の革新的神経技術の推進による脳研究（BRAIN）イニシアチブのディレクターであるジョン・ンガイ氏は、仮説主導の科学よりもデータ収集を重視することは正当化できると主張する。

「ビッグサイエンスは必ずしも壮大な計画ではない。特に、主要な目標を達成するための手順が不確実な場合はそうだ」とンガイ氏は語った。

遺産

今年9月末をもって、HBPはプロジェクト資金の発行を完全に停止します。

HBP の調査結果の一部は研究を継続するための資金提供を受けているものの、HBP に携わる研究者のほとんど、あるいは全員にとって将来は暗いままです。

HBP プロジェクトは失敗に終わったが、アムンツ氏らは、HBP の研究と EBRAINS プラットフォームが今後何年にもわたってヨーロッパの神経科学の基礎を形成することを期待している。

「脳を研究するには、複数のレベルと規模で脳を理解する必要がある」とアムンツ氏は言う。

2018 年 1 月、HBP は EBRAINS 向けのインタラクティブ スーパーコンピューティング ツールとデータ ストレージ サービスを開発するために、EU からの 2,500 万ユーロを含む 5,000 万ユーロの資金を受け取りました。

研究者たちは、脳が刺激にどのように反応するかを研究したり、脳のようなロボットを開発したりするためにこのプラットフォームを使い始めている。

Ngai氏は、HBPがEBRAINSに移行したことで貴重なツールが生まれたと語った。同様のプラットフォームは存在しますが、EBRAIN が提供する規模とサービスが不足しています。

今年3月、欧州委員会はEBRAINSの運営継続のために3,800万ユーロの要請を却下した。

しかし、HBPと協議した後、委員会は6月に同じ資金募集を再開し、チームにもう一度応募する機会を与えた。

この申請も却下された場合、HBP は事業継続のために民間資金と EU 諸国からの財政支援に頼らざるを得なくなる。

同時に、欧州委員会はHBPのプロジェクト評価を実施する準備を進めています。

HBPの最終検討は11月に始まり、その結果は2024年1月に発表される予定だと報じられている。

「AIのときのような世界的な神経科学の冬を迎えたくないのであれば、この分野を尊敬されるものにする必要があります」とフレニャック氏は言う。「同時に、これらの主要プロジェクトが優れているかどうかを本当に評価する必要があります。」

EBRAINSのC​​EOでありHBPの事務局長でもあるパヴェウ・シフィエボダ氏も、HBPの終焉はヨーロッパの神経科学の終焉ではないと述べた。

欧州委員会と加盟国は、医薬品開発の促進と脳疾患の治療法の改善を目的とした個別化脳モデルの使用に焦点を当て、欧州の脳の健康研究の次の段階を計画している。

しかし研究者らは、将来のプロジェクトではHBPの落とし穴を避ける必要があると述べている。

「私たちは、HBP プログラムを繰り返したくありません」とオリアリー氏は言う。「小規模で集中的な科学と、野心的で統合的なプログラムの両方を支援する必要があります。」

HBP プロジェクトでは、共通の目標に焦点を当てた科学者のグループが誕生したことは否定できない。これは永遠の宝物となるでしょう。