Výzkum mozku v evropském kontextu

Lidský mozek představuje nejsložitější dosud známý orgán ve vesmíru. Obsahuje 100 miliard nervových buněk – neuronů, každý neuron má na svém povrchu až 10 tisíc synapsí; celkový počet synapsí – zápojů v mozku – se odhaduje na 1016. Poznání funkce lidského mozku je patrně jeden z nejsložitějších výzkumných úkolů, který před vědeckou obcí kdy stál.

Foto: Archiv autora
Snímek neuronů sluchové kůry potkana, jež jsou obarveny podle tzv. Golgiho metody.

Vědom si tohoto badatelského cíle vyhlásil americký prezident Barack Obama letos v dubnu Iniciativu Mozek (Brain Initiative – zkratka pro Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), kterou doplnil pozoruhodnou argumentací, jak základní výzkum prospívá ekonomice. Například projekt lidského genomu do současnosti generoval ekonomické výstupy v poměru 141 dolarů na každý jeden vložený.
Iniciativa Mozek navazuje na předchozí projekt z roku 2004, jenž vyústil v založení Blueprint for Neuroscience Research. Sdružení sestávající ze 14 ústavů Národního ústavu zdraví (NIH) a úřadu ředitele NIH vzniklo, aby sjednotilo síly jednotlivých ústavů NIH v souvislosti s řešením komplexního úkolu – poznání funkce lidského mozku a jeho nemocí. Sdružení participuje například na projektu Human Connectome Project s cílem získat informace o mozkových spojích 1200 jedinců spolu s jejich genetickými a behaviorálními daty; NIH dotuje 40 miliony.
Prakticky ve stejné době, kdy byla v USA vyhlášena Iniciativa Mozek, rozhodla Evropská komise, že v programu Horizont 2020 (2014–2020) podpoří i velké projekty; konkrétně v podprogramu Future Emerging Technologies Flagship. Jedním ze dvou velkých projektů vyhlášených v dubnu 2013 je Human Brain Project, který v prvních třech letech získá podporu ve výši 54 milionů eur. Jeho řešení se účastní 87 týmů převážně z Evropy; u zrodu stál tým neurovědců, neurologů, psychiatrů, vědců zabývajících se zobrazovacími technikami a počítačových expertů, který vede Henry Markram z Polytechniky v Lausanne. Projekt je plánován na dobu 10 let, celkové finance mají dosáhnout 1 190 milionů, podíl Evropské komise by měl činit 643 milionů.
Rovněž Human Brain Project měl svého předchůdce, a to Blue Brain Project, který opět vedl Henry Markram na pracovišti v Lausanne a Ženevě. Projekt mapuje jeden korový sloupec potkaního mozku; v kůře mozku potkana je přibližně 100 tisíc funkčních sloupců, každý s 10 tisíci neurony.

Počet výzkumných pracovníků v jednotlivých podprojektech Human Brain Project

Projekt lidského mozku je mnohovrstevný a sestává z 10 podprojektů. Jeden z nich mapuje myší mozek, zjišťuje detailní struktury, počty neuronů, jejich spojení, specifickou morfologii a funkci; motivován je především skutečností, že se výsledky dají dobře korelovat se znalostí myšího genomu a lze využívat transgenní zvířata. Další projekt detailně analyzuje strukturu lidského mozku, počty a spojení neuronů a jejich morfologii. Projekt Funkce lidského mozku má rovněž ambiciózní cíle: vytvořit veřejně přístupné mapy porovnávající data o řečové funkci mozku získaná funkční magnetickou rezonancí s genomovou variabilitou; shromáždit neuromorfologická data korelující s lidskými rozhodovacími procesy, procesy paměti a učení; charakterizovat architekturu oblastí lidského mozku odpovídajících za subjektivní vnímání vlastního těla, subjektivní myšlení a reprezentaci myšlení jiných lidí. Projekt teoretických neurověd má za úkol vytvořit spojení mezi morfologií jednotlivých neuronů a jejich funkcí, přemostění mezi funkcí jednoho neuronu a velkých neuronových sítí; předpokládá se i objasnění vztahu synaptické plasticity a pravidel učení a paměti a vypracování zjednodušených a Bayesovských modelů prostorové navigace, rozhodovacích procesů, cyklů spánek–bdění a jazyka. Projekt neuroinformatické platformy se zaměřuje na vytváření map a encyklopedie údajů o mozku hlodavců a mozku lidském. Podobně projekt simulační platformy předpokládá simulaci jednak částí a jednak celého mozku hlodavců (myš a potkan) a také mozku lidského. Ambiciózní projekt představuje platforma lékařské informatiky, jež počítá se získáváním dat ze 100 nemocnic, vypracováním biologické charakteristiky nemocí mozku a zapojením do personalizované medicíny. Neuromorfologická počítačová platforma předpokládá, že v nejdokonalejší verzi vybudování numerického modelu bude neuromorfologický systém schopný generovat 100 miliard akčních potenciálů za sekundu a hardwarového modelu obsahujícího 10 bilionů synapsí. V pořadí desátým podprojektem je Neurorobotická platforma, jež se zaměřuje například na vybudování myšího modelu in silico s konečným cílem vypracovat kognitivní schopnosti takového modelu.

Informace o financování Human Brain Project předznamenalo vyhlášení Evropského měsíce výzkumu mozku, jímž se stal květen 2013. Jeho součástí byly i dvě konference Evropské komise – 18. května v Bruselu a 27. a 28. května v Dublinu (v rámci irského předsednictví v Radě EU). Obdobně Evropský parlament věnoval Evropskému měsíci výzkumu mozku akci, jež se 30. května zaměřila na financování výzkumu mozku v rámci připravovaného programu Horizont 2020. V souvislosti s uvedenými aktivitami vydala Evropská komise souhrnný dokument o ukončených projektech 7. rámcového programu, které se zaměřily na výzkum mozku nebo nervového systému. Materiál obsahuje i výčet výzkumných týmů, které se jednotlivých projektů zúčastnily. Z celkového počtu 122 projektů vyplývá, že nejvíce týmů pocházelo z Německa, Velké Británie, Francie a Itálie. Jestliže však přepočteme zastoupení jednotlivých zemí v počtu týmů podle počtu obyvatel těchto zemí, je zřejmé, že nejvíce se na výzkumu mozku v projektech 7. RP podílely skupiny ze středně velkých zemí jako Švýcarsko, Švédsko, Irsko, Dánsko a Belgie. Českou republiku zastupovalo jen devět týmů, a to na rozdíl od v tomto směru aktivního Maďarska zastoupeného 17 týmy. Z uveřejněných materiálů nelze odhadnout, jak velká pozornost a jaké prostředky se v 7. RP věnovaly na výzkum mozku.

V této souvislosti ale máme k dispozici údaj o financování výzkumu mozku a nervového systému v největší grantové agentuře světa, NIH ve Spojených státech, která v roce 2011 vydala na uvedený druh výzkumu 5,5 miliardy dolarů, tedy přibližně 18 % svého rozpočtu. Některé orientační údaje z našeho biomedicínského výzkumu převzaté z databází Grantové agentury ČR a Rady pro výzkum, vývoj a inovace naznačují, že podle počtu udělených či ukončených grantových projektů se u nás podíl projektů zaměřených na výzkum mozku a nervového systému na celkovém počtu biomedicínských projektů pohybuje kolem 13 %.
Je nezpochybnitelné, že pokud chceme s vyspělými zeměmi udržet krok, musíme výzkumu mozku a nervového systému v rámci financování biomedicínského výzkumu přidělit více prostředků.

JOSEF SYKA,
Ústav experimentální medicíny AV ČR, v. v. i.