Un software open-source per semplificare la ricerca sul cervello

Nella ricerca cerebrale odierna, i flussi di lavoro relativi al neuroimaging e alla modellizzazione del cervello impiegati per analizzare dati di grandi dimensioni richiedono potenza di elaborazione e capacità di memorizzazione superiori a quanto possono offrire i personal computer. Di conseguenza, i ricercatori hanno difficoltà a replicare indipendentemente i risultati scientifici generati da tali complessi flussi di lavoro digitali. Dato che i progressi scientifici moderni sono sempre più dipendenti da questi flussi di lavoro, come devono comportarsi gli scienziati?

La piattaforma aperta di ricerca sul cervello EBRAINS, creata dal progetto HBP SGA3 (Human Brain Project), finanziato dall’UE, offre una soluzione mediante una vasta gamma di dati e strumenti destinati alla ricerca sul cervello, messa a disposizione in un ambiente protetto che promuove il lavoro riproducibile. Adesso, EBRAINS fornisce inoltre agli scienziati servizi cloud per la simulazione e l’analisi del cervello attraverso un software open-source chiamato The Virtual Brain, TVB. Il software è descritto in uno studio pubblicato sulla rivista «NeuroImage».

I servizi cloud di TVB sono stati sviluppati al fine di semplificare la collaborazione online tra ricercatori di tutto il mondo, consentendo loro di condividere dati e di eseguire software in uno spazio informatico comune. Progettato per essere accessibile e facile da usare, TVB può essere utilizzato in un browser Internet su qualsiasi sistema operativo: gli utenti non devono infatti installare alcun software per impiegarlo. «Inoltre, TVB può anche essere usato come libreria Python per la programmazione nel laboratorio di EBRAINS», riferisce lo studio. «Tramite queste interfacce gli utenti possono caricare modelli di rete cerebrale, effettuare configurazioni ed eseguire simulazioni, nonché svolgere attività di post-elaborazione ed esportare i risultati.»La condivisione di dati e la collaborazione online sono fonte di preoccupazioni in merito alla privacy in quanto i dati sanitari di carattere strettamente personale possono essere usati in modo improprio, con finalità dolose. «Con l’applicativo TVB eseguito sulla piattaforma EBRAINS, abbiamo creato un ambiente software che implementa a livello globale meccanismi di sicurezza all’avanguardia quali cifratura, controllo degli accessi e sandbox allo scopo di proteggere i dati personali, permettendo al contempo di modificare in modo flessibile e riproducibile i flussi di lavoro mediante l’impiego di applicazioni containerizzate», dichiarano gli autori nello studio. Queste misure semplificano il compito dei singoli ricercatori di proteggere i dati riservati, consentendo loro di rispettare le leggi comunitarie sulla protezione dei dati.

Per rendere riproducibile l’elaborazione dei flussi di lavoro, il team di ricerca si è avvalso della soluzione open-source di gestione dei dati distribuiti DataLad, che permette di tracciare tutti i dati in entrata, i codici e le fasi di elaborazione previsti in un flusso di lavoro. Questa riproducibilità «integrata» rende più facile agli scienziati «l’avvio dell’intero processo o solo di fasi specifiche nonché la verifica della coerenza e della correttezza della ricerca, oppure il suo utilizzo e adattamento a un altro problema».

TVB eseguito sull’ecosistema di EBRAINS può inoltre essere trasferito su altri ambienti cloud nel cloud europeo per la scienza aperta, o al di là di tal ambito. Esso funge così da architettura di riferimento per un’elaborazione e una simulazione sicure dei dati in materia di neuroscienze nel cloud.

«EBRAINS è un acceleratore per le ambizioni europee nella ricerca multidisciplinare sul cervello, grazie alla combinazione di neuroscienze all’avanguardia, calcolo ad alte prestazioni e intelligenza artificiale», afferma il direttore generale di HBP e amministratore delegato di EBRAINS Paweł Świeboda in un articolo pubblicato sul sito web di EBRAINS. «Siamo determinati a fornire agli scienziati i migliori strumenti e servizi online per trovare, analizzare, distribuire, visualizzare e integrare dati sul cervello per le loro ricerche. The Virtual Brain è una parte essenziale di questa offerta e siamo attivamente impegnati a dare continuità al sostegno per il suo sviluppo e la relativa adozione.» Il progetto HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3) si concluderà nel settembre del 2023.

Per maggiori informazioni, consultare:

http://ebrains.eu/ (sito web del progetto EBRAINS)http://www.humanbrainproject.eu/en/ (sito web del progetto Human Brain Project)