Medizinische Implikationen von Open Source Neuroscience

In unseren früheren Artikeln zu Open Science haben wir uns auf verschiedene Bereiche konzentriert, in denen es wichtig ist, einen Open-Source-Ansatz in Wissenschaft und Technologie einzuführen. Lassen Sie uns nun tiefer in das Spektrum eintauchen und einige wichtige Aspekte der Neurowissenschaften untersuchen.

In diesem neuen Artikel über Open Science werden wir natürlich mit einer Open-Source-Perspektive in die Neurowissenschaften einsteigen und ihre medizinischen Implikationen in Bezug auf die Medizin und darüber hinaus untersuchen. Wir sprechen insbesondere über die moderne Neurowissenschaft und werfen einen Blick auf einige ihrer Branchen, in denen sich Open Source als großer Vorteil erweist. Auf dem Weg durch diese Lektüre werden wir auch einige FOSS-Entwicklungen in den Neurowissenschaften untersuchen.

Beginnen wir mit diesem bemerkenswerten Video, in dem verschiedene Fälle der Hirndiagnose beleuchtet werden. Dr. Daniel Amen erklärt klar, wie jedes Gehirn anders diagnostiziert werden muss, wobei jede Methode so einzigartig sein kann.

Was ist Neurowissenschaft?

Anatomie von zwei repräsentativen Neuronen im Gehirn und eine Synapse zwischen ihnen. Strompfad mit gelben Pfeilen gekennzeichnet. Detailaufnahme der Synapse. Abbildung aus dem Alzheimer-Zentrum für Aufklärung und Überweisung von Krankheiten, Nationale Institute für Alternsforschung, Nationale US-Gesundheitsinstitute | Beschriftungsquelle | Bildquelle

Die Grundidee der Neurowissenschaften ist die Erforschung des Nervensystems durch aktuelle und weiterentwickelte wissenschaftliche Methoden. Es geht um ein ausgedehntes Netzwerk von Neuronen und Synapsen, das sich nicht nur auf das Gehirn beschränkt, sondern darüber hinaus.

Warum ist Neurowissenschaft so wichtig?

Der Schlüssel zum Verständnis mehrerer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen wie Schizophrenie, Alzheimer und vieler anderer herausfordernder Krankheiten hängt von den neuesten Fortschritten in der klinischen Neurowissenschaft ab.

Neuroengineering

Die Einführung eines technischen Ansatzes zum besseren Verständnis, zur Reparatur und zur Verbesserung neuronaler Systeme wird als Neuroengineering bezeichnet. In der modernen Neurowissenschaft kann Neuroengineering aufgrund seiner unbegrenzten Perspektiven für die Verknüpfung mit der Erkenntnis und das Verstehen der grauen Substanz von großer Bedeutung sein. Ein Werkzeug, auf das in diesem Bereich sehr häufig Bezug genommen wird, ist ein Brain-Computer Interface (BCI).

Das folgende Video zeigt Ihnen die Geschichte hinter OpenBCI, einem Open Source-basierten Interface, das mehr als das Doppelte seines angestrebten Finanzierungsziels für Kickstarter erhalten hat.

Open Ephys ist eine weitere Open Source-Initiative für Neuroscience-Hardware. Die Hauptmotivation hinter Open Ephys war es, das Bewusstsein dafür zu schärfen, wie Open Source:

  • Beseitigt Redundanz
  • Reduziert die Kosten
  • Steigert die Produktivität

Lesen Sie hier über ein verwandtes Papier. Ihre Geschichte beleuchtet alle grundlegenden Ideen hinter Open Ephys.

Prothetik und Verbesserungen

Sprechen Sie nicht mehr nur über übermenschliche Fähigkeiten!

Grundsätzlich ist eine Prothese ein Ersatz für jeden Körperteil. Aber eine Verbesserung kann etwas mit einer Funktion sein, die in ihrer natürlichen Form nicht existiert!

Seit vielen Jahren entwickeln Neuroingenieure auf der ganzen Welt neuronale Prothesen, die auf verschiedenen Hardware-Frameworks basieren. Einige dieser Neuroprothesen sind inzwischen so weit fortgeschritten, dass sie kaum einen merklichen Unterschied in Bezug auf die Bedienbarkeit aufweisen.

Erstaunliche neuronale Designs haben es jetzt möglich gemacht, Menschen dabei zu helfen, Dinge zu tun, von denen sie dachten, sie könnten sie nicht mehr. Das endet aber noch lange nicht. Diese Prothesen haben es den Menschen nun ermöglicht, mit Leichtigkeit unglaubliche übermenschliche Aufgaben auszuführen. Irgendwie weist dich das auf Cyborg von DC hin, oder? Wie weit sind wir von der Fiktion entfernt?

Nun, die reale Welt kennt Neil Harbisson als den ersten Cyborg auf dem Planeten. Wenn Sie neugierig sind, schauen Sie sich das folgende TEDx-Video an, um zu erfahren, wie die Reise zum Cyborg aussehen kann:

Interessanterweise hat ein neugieriger Entwickler auf GitHub das gleiche Experiment wie in Neils TEDx-Video mit Python versucht, um die gleichen Ergebnisse zu demonstrieren.

Die gesamte kybernetische Hardware, über die wir gesprochen haben, basiert größtenteils auf Open Source-Software, sodass Probleme, auf die der Benutzer stoßen könnte, leichter behoben werden können. Es ist immer einfacher, eine medizinische Verbesserung zu reparieren oder zu kalibrieren, wenn die darauf ausgeführte Software Open Source ist.

Neuroinformatik

Genauso wie die Bioinformatik, wie wir sie in unserem vorherigen wissenschaftlichen Artikel besprochen haben, können wir die Neuroinformatik definieren, indem wir dieselbe Definition wiederholen:

Die Neuroinformatik ist ein interdisziplinäres Fach, das Informatik und Neurowissenschaften vereint und die Entwicklung von Rechenmethoden und Softwaretools zur Analyse und Interpretation neurologischer Daten umfasst.

Computational Neurology und Neuroinformatics haben die gleichen Unterschiede wie Computational Biology und Bioinformatics.

Sie wundern sich vielleicht über die Verwendung der Sätze "Computational Neurology" und "Computational Neuroscience". Es gibt einen sehr grundlegenden Unterschied zwischen den beiden Begriffen. Die Neurologie ist ein Zweig der Neurowissenschaften, der sich mit neurologischen Systemen aus medizinischer Sicht befasst, um Krankheiten im Zusammenhang mit dem Nervensystem zu behandeln, während die Neurowissenschaften alles mit dem Nervensystem im Allgemeinen zu tun haben können. Lesen Sie hier mehr darüber.

Open Source Neurowissenschaften

Der Open Letter, zu dem sich über 200 Personen, bestehend aus Wissenschaftlern, Innovatoren und Forschern, verpflichtet haben, einen Open Source-Ansatz für alle ihre Forschungsaktivitäten in den Neurowissenschaften zu verwenden, ist auf opensourceforneuroscience.org zu finden. Dies brachte die Open Source Neuroscience-Bewegung hervor.

All diese Menschen haben sich auf eine ehrenvolle Übereinkunft geeinigt, gefolgt von einer Konferenz mit dem Titel „Kollaborative Entwicklung datengetriebener Modelle neuronaler Systeme“, die im September 2016 auf dem Janelia Research Campus stattfand.

Der entsprechende Artikel mit dem Titel „Ein Bekenntnis zu Open Source in den Neurowissenschaften“ ist Open Access und im Cell-Journal Neuron erhältlich, das eine sehr nachdenkliche Aussage enthält:

Es kann viele Interpretationen dessen geben, was „geteilt“ werden sollte, aber es muss ein Übergang von der alten Einstellung, dass es keine Verpflichtung oder Motivation gibt, mit einer Veröffentlichung assoziierten Code zu veröffentlichen, zu einer Denkweise, die durch die Veröffentlichung des Codes verbessert werden kann, stattfinden wissenschaftlicher Wert einer Veröffentlichung sowie Vorteile für das Labor und die Gemeinschaft im Allgemeinen.

Diese Initiative wird viel dazu beitragen, ehrliche Forschungspraktiken zu einem so heiklen Thema zu stärken, das eng mit dem Verständnis und der Diagnose von psychiatrischen Störungen zusammenhängt. Der Grund dafür ist, dass jeder Software-Quellcode, der für diese Forschung verwendet wurde, zusammen mit dem Beitrag in einer Zeitschrift für Neurowissenschaften zur Verfügung gestellt werden muss. Dies führt zu einer stärkeren Validierung des untersuchten Forschungspapiers.

Open Neuroscience ist eine Informationsquelle, die einer sehr ähnlichen Ideologie folgt. Es speichert Projektlinks auf Websites wie GitHub, die sich nur um Neuroscience drehen. Das Repository wurde mithilfe eines Netzwerks von Kollaborateuren mit dem Ziel erstellt, interessante Open Source-Projekte im Bereich Neurowissenschaften zu verfolgen und zu kuratieren.

Betrachten wir nun die Implikationen all dessen, was wir oben in Bezug auf die medizinische Neurowissenschaft besprochen haben.

Open Source Brain Initiative

Die Open Source Brain Initiative basiert auf der Simulation verschiedener Regionen des menschlichen Gehirns, um es besser zu verstehen.

Wenn wir über klinische Neurowissenschaften sprechen, ist eine strikte Einhaltung eines Open-Source-Ansatzes unbedingt erforderlich, um transparente Forschungsbemühungen und eine problemlose Diagnose und Behandlung zu gewährleisten.

Neurotica

Neurotica ist eine Open-Source-Bibliothek für Neurowissenschaften in Mathematica (ein modernes technisches Computersystem, das die meisten Bereiche des technischen Rechnens abdeckt). Insbesondere die Neurotica-Bibliothek bietet einige sehr interessante Funktionen, darunter eine für die Verarbeitung von 3D-MRT-Daten.

Neuropharma

Wie wir bereits wissen, bezieht sich der Begriff Pharma auf die Medizin im Allgemeinen. Neuropharma bezieht sich speziell auf Medikamente, die nur für neurologische oder psychiatrische Erkrankungen hergestellt werden.

Open Source Neuropharma

Open Molecular Neuroscience verfolgt einen Open Source Pharma-Ansatz, um eine bessere Zusammenarbeit bei der Verbesserung bestehender oder der Entwicklung neuer Medikamente zur Bekämpfung von Schizophrenie und anderen psychiatrischen Erkrankungen zu gewährleisten. Dies ist die Hauptidee von Open Source Neuropharma.

Open Source Neuroscience hat einen großen Einfluss auf Open Source Neuropharma. Diese Ansätze werden zu transparenteren Praktiken bei der Entwicklung von Neuropharmaka führen.

Durch den Einsatz von Open Source-Software und Linux in der klinischen Neurowissenschaft wird ein besseres Verständnis aller Forschungsziele sichergestellt, die auf eine bessere Neuropharmakologie abzielen, insbesondere bei Kooperationsinitiativen zwischen Neurowissenschaftlern und Forschern. Der Grundstein für diese Bemühungen wurde bereits über Open Source Pharma gelegt (wie in unserem vorhergehenden Artikel über Open Science erörtert).

Zum Beispiel ist Schizophrenie eine neurologische Erkrankung, die aufgrund einer neurodegenerativen Störung auftritt, die Halluzinationen und Wahnvorstellungen hervorruft. Diese Halluzinationen und Wahnvorstellungen können dazu neigen, sichtbar, hörbar oder sensorisch zu sein. Neuropharmaka werden bis heute weiterentwickelt, um Schizophrenie durch Unterdrückung oder Linderung dieser Symptome entgegenzuwirken.

Das OPTICS-Projekt ist eine Initiative, die ausschließlich mit dem Ziel ins Leben gerufen wurde, eine offene Plattform für echte translationale Wissenschaft in der Schizophrenieforschung bereitzustellen. Es ist ein großartiges Beispiel für Open Science.

Das OPTICS-Projekt zielt darauf ab, den Wert eines offenen wissenschaftlichen Ansatzes zu demonstrieren, um die Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln, die zur Behandlung von Schizophrenie und Schizophrenie als Krankheit verwendet werden, besser zu verstehen, einschließlich Naturgeschichte, Subtypen und Ätiologien. Damit soll ein Beitrag zur Entwicklung neuartiger Forschungsdesigns und Analysemethoden für unterschiedliche Datentypen geleistet werden, bei denen vorhandene Datenquellen genutzt werden.

Es ist jetzt einfacher, neurologische Störungen zu diagnostizieren, da die neurowissenschaftlichen Datenbanken durch Projekte wie OPTICS Open Source sind.

Überbrückung der Kluft zwischen KI und Neurowissenschaften

Künstliche Intelligenz und Neurowissenschaften sind sehr eng miteinander verbunden, da die Forschung, die auf einer von ihnen basiert, von der anderen inspiriert ist. Daher ist eine kontinuierliche Anstrengung sehr wichtig, um sie zusammenzubringen.

Dieser ausführliche TEDx-Vortrag beleuchtet viele wichtige Punkte bei beiden. Es wird auch auf die Bedeutung von Open Source Neuroscience-Initiativen wie Human Brain Project und Numenta hingewiesen. Einige andere großartige Initiativen sind NeuralEnsemble und CON.

Wenn Sie ein Softwareentwickler sind und sich engagieren und zu Neuroscience beitragen möchten, finden Sie hier eine hervorragende Ressource für den Einstieg. Sie können dieses Papier auch auf dem gleichen überprüfen.

Zusammenfassung

Um die Diskussion kurz zusammenzufassen, haben wir Ihnen Neuroscience mit einer Open-Source-Perspektive und einigen seiner interessanten Branchen vorgestellt. Wir untersuchten zwei wichtige Konzepte, von denen eines auf Neuroengineering ausgerichtet war, um medizinische und kybernetische Verbesserungen in Angriff zu nehmen, und das andere über den Open Source Pharma-Ansatz in Richtung Neuropharma, um bessere Psychopharmaka zu entwerfen oder zu entwickeln. Schließlich haben wir auch betont, wie KI und Neurowissenschaften so miteinander korreliert werden können.

Obwohl wir mit diesem umfangreichen Thema der Neurowissenschaften weitermachen können, hoffen wir, dass wir in der Lage waren, das Wesentliche abzudecken und die Grundidee der Open Source-Neurowissenschaften mit ihren medizinischen Vorteilen zu liefern.

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