[논문 리뷰] Grand Challenges for Global Brain Sciences

Joshua T Vogelstein, Katrin Amunts외 60명|Cold Spring Harbor Laboratory Institutional Repository (Cold Spring Harbor Laboratory)|2016. 08. 23.

Genetics, Bioinformatics, and Biomedical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 세계 뇌 과학 분야의 세 가지 근본적 과제—뇌 해부학의 지ap, 신경 생리학의 해독, 뇌 의학의 발전—을 제안하며, 이를 뒷받기기 위한 새로운 계산 기반 인프라인 '국제 뇌 스테이션(TIBS)'을 도입한다. 이 이니셔티브는 대규모 데이터 통합과 협업 도구를 통해 전 세계 뇌 과학 연구를 통합하여 뇌 이해의 돌파구를 가속화하고자 한다.

ABSTRACT

The next grand challenges for society and science are in the brain sciences. A collection of 60+ scientists from around the world, together with 10+ observers from national, private, and foundations, spent two days together discussing the top challenges that we could solve as a global community in the next decade. We eventually settled on three challenges, spanning anatomy, physiology, and medicine. Addressing all three challenges requires novel computational infrastructure. The group proposed the advent of The International Brain Station (TIBS), to address these challenges, and launch brain sciences to the next level of understanding.

연구 동기 및 목표

• 10년 이내에 해결 가능한 가장 핵심적이고 해결 가능한 뇌 과학 과제를 특정하고 우선순위를 정하는 것.
• 뇌 과학 연구의 산산이 흩어진 상태를 해결하기 위해 통합된 대규모 계산 기반 인프라를 제안하는 것.
• 뇌 해부학, 생리학, 의학 간 격차를 종합적인 글로벌 과학 협업을 통해 메우는 것.
• 지속 가능하고 개방형 액세스 플랫폼을 구축하여 데이터 공유 및 분석을 통해 뇌 과학 분야의 발견을 가속화하는 것.
• 공동 과학 목표를 중심으로 과학자, 기관, 자금 지원 기관을 결집시켜 국제 협력을 촉진하는 것.

제안 방법

• 60여 명의 선도적 뇌 과학자와 10여 명의 국가 및 민간 기금 기관 관찰자들이 참가한 2일간의 글로벌 서밋를 개최한 것.
• 합의 기반의 논의를 통해 뇌 과학 분야의 세 가지 핵심 과제를 특정하고 우선순위를 정한 것.
• 다양한 뇌 구조와 기능에 걸쳐 대규모 데이터 통합 및 분석을 가능하게 하는 중심화된 확장 가능한 계산 플랫폼으로서 국제 뇌 스테이션(TIBS)을 설계한 것.
• 뇌의 구조와 기능에 걸쳐 고해상도, 대규모 데이터 수집을 가능하게 하기 위해 기존 및 신규 뇌 기술을 활용한 것.
• 다양한 뇌 과학 데이터셋 간의 상호운용성을 보장하기 위해 표준화된 데이터 포맷, 온톨로지, API를 개발한 것.
• TIBS의 장기 운영과 글로벌 참여를 지속 가능하게 하기 위한 거버넌스 및 자금 지원 모델을 수립한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다음 10년 내에 해결 가능한 가장 전환적인 과제는 무엇이며, 이는 뇌 과학 분야에서 해결 가능할까?
• RQ2 통합된 계산 기반 인프라는 뇌 해부학, 생리학, 질병 이해에 있어 돌파구를 어떻게 이끌 수 있을까?
• RQ3 대규모 국제 협업을 지원하기 위해 필요한 기술적 및 조직적 프레임워크는 무엇일까?
• RQ4 다양한 모odalities(예: 영상, 전기생리학, 게놈학)의 데이터는 어떻게 통합되어 뇌 과학을 발전시킬 수 있을까?
• RQ5 장기적으로 TIBS와 같은 글로벌 뇌 과학 플랫폼을 지속 가능하게 하기 위한 기관 및 자금 지원 모델은 무엇일까?

주요 결과

• 세 가지 핵심 과제로 종합적인 뇌 지도 제작, 신경 회로 동역학 해독, 번역 연구를 통한 뇌 의학 발전이 특정되었다.
• 제안된 TIBS 플랫폼은 다양한 종과 실험 조건에서 다중 척도, 다중 모odal 데이터를 통합하도록 설계되었다.
• 이 이니셔티브는 현재 뇌 과학 분야의 분열을 해결하기 위해 표준화된 데이터 포맷과 개방형 액세스 인프라의 필요성을 강조한다.
• 서밋는 선도적 과학자들 사이에서 글로벌 뇌 과학 인프라의 실현 가능성과 긴급성에 대해 강력한 합의를 이끌어냈다.
• 이 협업에는 다양한 기관과 자금 지원 기관 소속의 62명의 과학자와 10명의 관찰자가 참여하여 광범위한 국제적 지지를 반영했다.
• 이 논문은 향후 10년간의 뇌 과학을 위한 기초 로드맵을 수립하며, TIBS가 전환적 발견의 촉매제가 될 수 있음을 제시한다.