Výzkumný tým Lukáše Sekaniny se v projektu podpořeném Grantovou agenturou ČR (GA ČR) zaměřil na studium neuronových sítí. Výsledky výzkumu otevřely nové cesty k návrhu jejich vysoce optimalizovaných akcelerátorů, které by se v budoucnu mohly objevit v mobilních telefonech a jiných zařízeních s omezenými výpočetními zdroji.
Výpočetně náročné metody umělé inteligence a zejména hluboké neuronové sítě jsou dnes klíčové pro zpracování obrazu, řeči, přirozeného jazyka nebo medicínských dat. Pro rozpoznání psa, auta, stromu či jiného objektu na obrázku musí například středně složitá neuronová síť typu ResNet-50, která má 25 milionů parametrů, provést 3,9 miliardy operací „vynásob a sečti“. V dnešní době pronikají tyto metody z výkonných serverových klastrů do mobilních telefonů a jiných malých zařízení napájených bateriemi, a proto je nutné vyřešit jejich efektivní implementaci s ohledem na velmi omezené výpočetní zdroje (jako je místo na čipu nebo kapacita baterie).
Software, který umožňuje automatizovaně navrhovat neuronové sítě, a také hardwarové akcelerátory, ve kterých výpočet neuronových sítí probíhá, je intenzivně zkoumán a aplikován jak v technologických IT společnostech (včetně těch gigantických), tak i v univerzitním prostředí.
Inspirace v evoluci
Cílem plně automatizovaného návrhu neuronové sítě je na základě zadaných dat (např. v podobě databáze, která obsahuje desetitisíce obrázků a informaci o jejich třídě) a dalších požadavků (např. maximální povolená doba klasifikace a maximálních chybovost klasifikace) vygenerovat neuronovou síť a její softwarovou implementaci, která dokáže obrázky spolehlivě klasifikovat.
Tým prof. Sekaniny z Fakulty informačních technologií Vysokého učení technického v Brně nahlížel na metody, které automatizovaný návrh neuronových sítí realizují, jako na metody pro vícekriteriální optimalizaci. Konkrétně se zabýval neuroevolučními algoritmy, které s využitím metafory biologické evoluce prochází prostor možnéh neuronové sítí a hledají ty, jež nejlépe splňují zadané požadavky. Ty jsou však často protichůdné. Neuroevoluční algoritmus v prvním kroku generuje náhodné kandidátní implementace neuronových sítí a zjišťuje jejich schopnost řešit zadaný problém. Ve druhém kroku pak pomocí selekce vybírá rodičovské neuronové sítě, ze kterých za pomoci algoritmů „křížení“ a „mutace“ vytváří nové kandidátní neuronové sítě. Tento postup se opakuje, dokud není nalezena vhodná neuronová síť.
„Očekáváme, že neuroevoluční přístup nám umožní pro danou úlohu nalézt nejvhodnější architekturu neuronové sítě, kterou by člověk-expert nevymyslel,“ říká o motivaci pro tento výzkum prof. Sekanina. „Zadání následně děláme těžší tím, že hledáme nejen dobře fungující neuronovou síť, ale také vysoce optimalizovaný hardwarový akcelerátor, který zajistí, aby klasifikace trvala co nejkratší dobu a byla energeticky co nejméně náročná,“ doplňuje.
Jak ušetřit energii díky drobným chybám
V projektu byly intenzivně využívány principy aproximativního počítání. „Pokud se drobné chyby, které vzniknou například kvůli zjednodušenému (aproximativnímu) násobení, téměř neprojeví na kvalitě výstupu neuronové sítě, tak není třeba provádět miliardy přesných a energeticky náročných násobení. Takto můžeme při používání neuronové sítě v závislosti na řešené úloze uspořit až nižší desítky procent energie,“ popisuje výsledky projektu prof. Sekanina.
Jedním z výstupů projektu je unikátní metoda založená na neuroevolučních algoritmech, která umožňuje automatizovaně vytvářet klasifikátory obrázků a současně optimalizovat typ použitého násobení ve zvolených vrstvách sítě, a tím redukovat spotřebu energie.
Kromě automatizovaného návrhu neuronových sítí výzkumníci také rozvíjeli metody, díky nimž budou moci automatizovat proces navrhování zjednodušených (aproximativních) elektronických obvodů, které jsou stavebními bloky energeticky úsporných hardwarových akcelerátorů neuronových sítí. Principy automatizovaného návrhu využili i v dalších úlohách, např. při klasifikaci signálů z elektroencefalografie nebo příznaků indukované dyskineze, která se projevuje mimovolnými pohyby po podání léku např. u pacientů s Parkinsonovou chorobou.
Výsledky projektu otevřely nové cesty k návrhu vysoce optimalizovaných akcelerátorů neuronových sítí, které by se v budoucnu mohly objevit v komerčních zařízeních. Vznikla také řada technik, jako je např. rychlý výpočet konvoluční vrstvy s aproximativním násobením na grafické kartě, umožňujících zredukovat vysokou výpočetní náročnost použitých algoritmů.
Kromě prof. Sekaniny k výsledkům zásadně přispěli doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D., a Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D. Na projektu se dále podíleli 2 postdoktorandi a 12 studentů, převážně doktorandů. Metody návrhu aproximativních komponent byly vytvářeny ve spolupráci s New York University (Abu Dhabi). Případová studie v oblasti klasifikace příznaků indukované dyskineze vznikla ve spolupráci s University of York, UK.
Jádro výzkumného týmu – zleva Vojtěch Mrázek, Zdeněk Vašíček, Lukáš Sekanina
Profesor Lukáš Sekanina působí na Fakultě informačních technologií Vysokého učení technického v Brně (FIT VUT), kde absolvoval inženýrské (1999) i doktorské studium (2002) a aktuálně zde vede Ústav počítačových systémů. Jeho výzkum je zaměřen na genetické programování, aproximativní výpočty a metody automatizovaného návrhu hardwaru pro strojové učení. V roce 2004 v rámci Fulbrightova stipendia pro vědce a přednášející působil v NASA Jet Propulsion Laboratory, California University of Technology. V roce 2001 byl lektorem na Pennsylvania State University. Část doktorského studia strávil na Department of Informatics, University of Oslo. Profesor Sekanina získal Cenu předsedkyně GA ČR 2017 za mimořádné výsledky při řešení projektu Pokročilé metody evolučního návrhu složitých číslicových obvodů.
Vláda České republiky včera (6. 11.) schválila nový druh podpory připravený Grantovou agenturou České republiky (GA ČR). Návratové granty umožní vědkyním a vědcům znovunastartovat kariéru po jejím přerušení rodičovskou dovolenou nebo kvůli péči o závislou osobu. Soutěž bude vyhlášena spolu s ostatními soutěžemi GA ČR na začátku příštího roku.
„V českém prostředí je návrat k aktivní kariéře po rodičovské dovolené v mnoha ohledech obtížnější než v řadě zahraničních zemí. Rozhodli jsme se proto připravit granty, které výborným vědkyním a vědcům tento návrat zjednoduší,“ řekl předseda GA ČR prof. Petr Baldrian. „Jedná se o unikátní druh podpory, který GA ČR poskytuje jako jediná grantová agentura v Evropě.“
Návratové granty jsou další možností, kterou GA ČR podporuje skloubení osobního a vědeckého života, genderovou rovnost a využití potenciálu českých vědkyň a vědců. Soutěž GA ČR plánuje vyhlásit v únoru příštího roku. Předpokládá se každoroční podpora přibližně 25 nových projektů. Na Návratové granty je pro další roky plánováno v rámci rozpočtu GA ČR přibližně 50 mil. Kč ročně.
Návratové granty budou určeny pro vědkyně a vědce z českých institucí, kteří dokončili doktorské studium v posledních deseti letech (tato lhůta se prodlužuje o kariérní přestávky). Projekt bude možné podat do dvou let od ukončení karierní přestávky spojené s péčí o dítě nebo jinou závislou osobu v délce rok až pět let. Délka trvání podpory bude záviset na zvolené výši úvazku, a to dva až čtyři roky. Do řešení projektu mohou řešitelky a řešitelé zapojit i studentky a studenty a technické pracovnice a pracovníky.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) vyhlašuje výzvu pro podávání projektů na principu hodnocení Lead Agency s předpokládaným počátkem řešení v roce 2025. Výzva se týká projektů financovaných ve spolupráci se slovinskou agenturou Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS) v rámci iniciativy Weave. V této výzvě vystupuje slovinská agentura ARIS jako Lead Agency, tedy hodnotí návrhy projektů po vědecké stránce a GA ČR výsledky hodnoticího procesu přebírá.
Návrh projektu
Lhůta pro podávání návrhů projektů začíná 30. 10. 2024. Českou část návrhu projektu je možné podávat nejpozději do 7. 2. 2025, tedy do 7 dnů po oficiálním termínu 31. 1. 2025, který stanovila pro slovinské uchazeče agentura ARIS.
Čestná prohlášení/prohlášení o způsobilosti zasílejte GA ČR datovou schránkou a8uadk4, a to nejpozději do 7 dnů od podání návrhů u ARIS. Předmět zprávy je „Způsobilost“. Je nutné také doložit úplný výpis z evidence skutečných majitelů. Pokud uchazeč způsobilost v letošním roce již doložil a nedošlo k žádné změně, není třeba ji dokládat znovu.
Upozorňujeme, že je nezbytné ze strany společného mezinárodního týmu zajistit podání návrhu projektu ve výše uvedených lhůtách jak k ARIS (podle příslušných pravidel ARIS), tak ke GA ČR, tj. slovinským navrhovatelem k ARIS a českým navrhovatelem ke GA ČR. Nedojde-li ke spárování obou žádostí o grant, je návrh projektu z hodnocení vyřazen. U trilaterálních projektů musí být návrh projektu podán také ke třetí příslušné agentuře.
Pravidla pro podávání návrhů projektů a formuláře čestných prohlášení k prokázání způsobilosti naleznete níže v příloze nebo v záložce Zadávací dokumentace.
Projekty jsou max. tříleté, GA ČR umožňuje délku trvání projektu 24, nebo 36 měsíců.
Souběhy návrhů projektů
Pro souběhy návrhů projektů, ve kterých vystupuje stejná osoba navrhovatele nebo spolunavrhovatele, platí pravidlo stanovené v čl. 3 odst. 12 Pravidel.
Návrhy projektů podané do této výzvy se budou započítávat do maximálního počtu návrhů projektů podaných do výzev s předpokládaným počátkem řešení v roce 2025.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) od příštího roku podpoří 15 projektů EXPRO a 19 projektů JUNIOR STAR. Cílem těchto soutěží je nabídnout nadstandardní podmínky excelentním badatelkám a badatelům, kteří byli pečlivě vybráni zahraničními experty. Granty JUNIOR STAR pomohou začínajícím vědkyním a vědcům založit vlastní vědecké týmy, zatímco EXPRO umožní zkušeným vědcům realizovat rizikovější projekty s potenciálem dosáhnout převratného objevu.
„Soutěže EXPRO a JUNIOR STAR patří k vlajkovým lodím GA ČR. Uspět v nich je velmi obtížné, ale pokud se to vědkyni nebo vědci podaří, získá jedinečnou příležitost realizovat své nápady a v případě začínajících badatelek a badatelů se vědecky osamostatnit. Na řešení projektu budou mít pět let a v případě JUNIOR STAR až 25 milionů korun, u EXPRO je částka dvojnásobná,“ říká předseda GA ČR prof. Petr Baldrian.
EXPRO
Cílem grantů EXPRO je vytvářet podmínky pro rozvoj excelentního výzkumu, nastavit standardy excelentní vědy a také napomoci překonat bariéry, které snižují úspěch projektových návrhů do vysoce prestižní evropské grantové soutěže ERC. Jednou z povinností řešitelů je podat žádost o grant ERC. Náklady na projekty EXPRO, které jsou určeny především pro zkušené badatele, mohou dosáhnout až 50 milionů Kč na pět let. Grantová soutěž EXPRO bude vypisována již pouze v sudých letech.
Reg. číslo
Navrhovatel
Název
Uchazeč
Doba trvání
Oborová komise
25-16408X
RNDr. Jan Burjánek, Ph.D.
Komplexní geofyzikální analýza probíhající sopečné erupce na poloostrově Reykjanes
Geofyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
5
EX1
25-18095X
prof. RNDr. Ondřej Santolík, Dr.
Neobvyklé módy šíření elektromagnetických vln ve Sluneční soustavě
Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i.
5
EX1
25-18184X
Dr. techn. Eric Glowacki, MSc.
Ortogonální Elektrická Neuromodulace (ORTHOMOD)
Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut
5
EX2
25-16818X
prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc.
Za hranicí klasické zeolitové katalýzy
Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
5
EX3
25-17866X
doc. Ing. Pavel Jelínek, Ph.D.
Povrchová syntéza 2D organických/anorganických van der Wallsových heterostruktur pomocí adatomů.
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
5
EX3
25-15254X
David Sabatini, M.D., Ph.D.
Význam detekce nutrientů a vliv signální dráhy mTORC1 na fyziologické procesy in vivo
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i.
5
EX4
25-15368X
prof. MUDr. Mgr. Marek Mráz, Ph.D.
NE-KÓDUJÍCÍ RNA V INTERAKCÍCH V MIKROPROSTŘEDÍ B BUNĚČNÉ CHRONICKÉ LYMFATICKÉ LEUKÉMIE
Rozplétání tranzientních interakcí během transkripční elongace
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i.
5
EX5
25-17329X
Ing. RNDr. Martin Marek, Ph.D.
Studium rezonančního přenosu energie v bioluminescenci
Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta
5
EX5
25-18104X
prof. Ing. Peter Šebo, CSc.
Interakce původce černého kašle s řasinkovým epitelem nosní sliznice
Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.
5
EX5
25-15237X
Petr Janský, Ph.D.
Globální minimální zdanění a investice nadnárodních firem (MINITAX)
Univerzita Karlova, Fakulta sociálních věd
5
EX6
25-15630X
prof. Matthew Rampley, B.A., Ph.D.
Češi a koloniální svět: Design a vizuální kultura od roku 1848
Masarykova univerzita, Filozofická fakulta
5
EX7
25-15764X
doc. Mgr. David Kalhous, Ph.D.
Příhraničí a říše. Příklad mojmírovské Moravy
Masarykova univerzita, Filozofická fakulta
5
EX7
25-15484X
prof. RNDr. Martin Pumera, Ph.D.
Inteligentní mikro- a nanoroboti pro čištění vody
Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut
5
EX8
25-17929X
Mgr. Josef Urban, Ph.D.
NextReason: Počítačové uvažování nové generace
České vysoké učení technické v Praze, Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky
5
EX8
V letošní soutěži z patnácti podpořených projektů bude šest řešeno na ústavech Akademie věd, čtyři na Masarykově univerzitě, po dvou na Univerzitě Karlově a Vysokém učení technickém v Brně a jeden na Českém vysokém učení technickém v Praze. Celkově tři projekty z uvedených se budou řešit na Středoevropském technologickém institutu.
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro excelentní začínající vědce do 8 let od získání titulu Ph.D., kteří již publikovali v prestižních mezinárodních časopisech a mají za sebou významnou zahraniční zkušenost. Díky pětiletému projektu s možností čerpat až 25 milionů Kč získávají možnost se vědecky osamostatnit a případně založit i vlastní výzkumnou skupinu, která může do české vědy přinést nová výzkumná témata.
Reg. Číslo
Navrhovatel
Návrh
Uchazeč
Doba trvání
Oborová komise
25-16662M
Martin Jirka
Využití světla pro vznik hmoty
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
5
EX1
25-17250M
Assoc. Prof. Dominik Šafránek, Ph.D.
Adaptivní kvantová tomografie založená na kvantové Bayesově větě
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta
5
EX1
25-18306M
Dr. Daniel Wesley Fussner
Interpolace, amalgamace a výpočty
Ústav informatiky AV ČR, v.v.i.
5
EX1
25-15534M
Ing. Peter Švihra, Ph.D.
Kvantová Astrometrie
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
5
EX2
25-18336M
Ing. Filip Ligmajer, Ph.D.
Materiály s fázovou přeměnou pro fotonické neuronové sítě a neuromorfní výpočty
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství
5
EX2
25-17760M
Daniel Bím
Optimalizace niklových katalyzátorů pro zlepšení stability a katalytické účinnosti za fotochemických a elektrochemických reakčních podmínek
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Fakulta chemicko-inženýrská
5
EX3
25-18196M
Przemyslaw Rzepka
Studium Mechanismů Vzniku Uhlíkatých Úsad Uvnitř Mikropórů Zeolitu Pomocí Pokročilé Analýzy Neutronové Difrakce
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i.
5
EX3
25-16606M
Matouš Vobořil
Zánětlivé tranzitní dendritické buňky jako klíčoví hráči v toleranci T buněk
Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
5
EX4
25-18233M
Mgr. David Bednář, Ph.D.
Vývoj nové generace trombolytik pro léčbu mozkové mrtvice
Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta
5
EX4
25-18359M
Ing. Milan Němý
Kvantitativní strukturální a funkční zobrazování lidského cholinergního systému s aplikacemi v kognitivní vědě a neurodegenerativních poruchách
České vysoké učení technické v Praze, Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky
5
EX4
25-15736M
RNDr. Martin Volf, Ph.D.
Účinné, pestré, nebo rozdílné: výzkum eko-evolučních faktorů podporující obrovskou diverzitu specializovaných metabolitů rostlin na globální úrovni
Biologické centrum AV ČR, v.v.i.
5
EX5
25-17643M
RNDr. Jiri Zahradnik, Ph.D.
Odhalení divergenčních a konvergenčních změn ve vývoji koronavirových rozpoznávání hostitelských receptorů
Univerzita Karlova, 1. lékařská fakulta
5
EX5
25-16030M
Mgr Oksana Stupak, Phd, DrS
Na cestě k inkluzi aneb ukrajinští uprchlíci v prostoru českých základních škol
Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta
5
EX6
25-16848M
JUDr. Jakub Drápal, M.Phil., Ph.D.
Spravedlivé tresty: Analýza přiměřenosti a konzistentnosti trestání skrze typizovaná jednání
Univerzita Karlova, Právnická fakulta
5
EX6
25-16410M
Mgr. Patrik Paštrnák, M.A., D.Phil.
Rekonfigurace české reginality: moc, zdroje, důsledky, cca. 1300–1500
Univerzita Palackého v Olomouci, Filozofická fakulta
5
EX7
25-16749M
RNDr. Jan Čapek, Ph.D.
Řízení mikrostruktury pro optimalizaci vlastností 3D tištěných ocelí
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta
5
EX8
25-17459M
doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.
Výpočetní a experimentální charakterizace enzymů pro udržitelný design bioplastů
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
5
EX8
25-17779M
Ing. Tomáš Báča, Ph.D.
TOMSNAV: Topologická Multi-modální Sémantická Navigace pro Bezpilotní Prostředky
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
5
EX8
25-17788M
Ing. Karel Tesař, Ph.D.
Dynamické testování a in vitro-in vivo korelace hořčíkových implantátů: multidisciplinární výzvy
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
5
EX8
Od příštího roku bude nově podpořeno celkem devatenáct projektů JUNIOR STAR, z toho nejvíce jich bude řešeno na Českém vysokém učení technickém v Praze a Univerzitě Karlově (po 5 projektech) a v ústavech Akademie věd (3 projekty), po dvou projektech pak na Masarykově univerzitě a Vysokém učení technickém v Brně. Jednoho projektu se ujmou vědci z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze a na Univerzitě Palackého v Olomouci.
Na procesu hodnocení u obou soutěží se podílí výhradně zahraniční vědci. Probíhá ve dvou fázích – každý podpořený projekt je nejdříve hodnocen šesti odborníky na dané téma a poté podrobně diskutován na zasedání oborové komise.
Hodnocení návrhů projektů EXPRO a JUNIOR STAR bude navrhovatelům zpřístupněno v aplikaci GRIS v příštích dnech.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) každoročně obdrží do svých soutěží přibližně tři tisíce návrhů projektů ze všech oblastí základního výzkumu. Vybrat z nich ty nejlepší pomáhá více než 400 uznávaných odborníků z České republiky i ze zahraničí. S ohledem na končící funkční období velké části z nich hledá GA ČR vynikající vědkyně a vědce, kteří by v hodnoticích panelech působili od dubna 2025. Přihlásit se je možné do 16. prosince 2024. AKTUALIZACE 19. 12. 2024: Termín pro panely v technických vědách, společenských a humanitních vědách a zemědělských a biologicko-environmentálních vědách prodloužen do 15. ledna 2025.AKTUALIZACE 21. 1. 2025: Termín pro panely P102, P106 a P108 prodloužen do 31. ledna 2025.
„Práce členů panelů je pro GA ČR klíčová stejně jako je tomu u grantových agentur v zahraničí. Odborníci z řad vědkyň a vědců hodnotí prostřednictvím posudků a diskusí na panelu kvalitu návrhů projektů, které jsou zaslány do našich soutěží, a doporučují ty, které si zaslouží financovat. Právě díky kvalitně nastavenému systému odbornému hodnocení projektů, inspirovaném hodnocením ERC, si GA ČR udržuje svoji důvěryhodnost a vysokou úroveň podpořených projektů,“ řekl předseda GA ČR prof. Petr Baldrian.
Od příštího roku bude v GA ČR působit 38 hodnoticích panelů sdružených do 5 tematických oborových komisí. Celkem v nich působí přes 400 odborníků na dané oblasti, kteří každoročně hodnotí návrhy projektů základního výzkumu v soutěžích standardní projekty, POSTDOC INDIVIDUAL FELLOWSHIP a mezinárodní projekty. Nominaci do panelů GA ČR mohou podat jak jednotlivé vědkyně a vědci, tak jejich instituce vyplněním elektronického formuláře níže. V panelech působí převážně čeští i zahraniční odborníci z českých vědeckých institucí.
Napsat posudky v průměru na 12-17 návrhů projektů ročně a další ohodnotit
Doporučit nezávislé zahraniční posuzovatele pro druhou fázi hodnocení
Sledovat průběh řešení podpořených projektů a v průměru u 5-7 zpracovat posudek po jejich skončení
Čtyřikrát ročně se účastnit zasedání panelu, na kterých jsou projekty diskutovány
Jaké jsou minimální předpoklady?
Angličtina na výborné komunikační úrovni
Akademická kvalifikace na úrovni Ph.D. nebo vyšší
Aktivní vědecká činnost v oblasti základního výzkumu
Zkušenosti s řešením projektů základního výzkumu v pozici řešitele či spoluřešitele,
Schopnost posouzení vědeckých problémů v kontextu širšího zaměření vědního oboru v mezinárodním měřítku
Co nabízíme?
Možnost aktivně podpořit rozvoj excelentní vědy v České republice
Získání zkušeností s hodnocením a přípravou grantových návrhů
Příležitost seznámit se s aktuálními trendy v oboru
Finanční ohodnocení úměrné míře zapojení do hodnoticího procesu
STÁT SE ČLENEM HODNOTICÍHO PANELU – přihlaste se 16. prosince 2024. AKTUALIZACE 19. 12. 2024: Termín pro panely v technických vědách, společenských a humanitních vědách a zemědělských a biologicko-environmentálních vědách prodloužen do 15. ledna 2025. AKTUALIZACE 21. 1. 2025: Termín pro panely P102, P106 a P108 prodloužen do 31. ledna 2025.
Důležité upozornění: V případě, že do jednoho pracovního dne nepřijde potvrzení nominace, prosím, kontaktujte náš helpdesk.
Nominace jsou platné dva roky – pokud si přejete nominaci aktualizovat, vyplňte formulář znovu, bude brán zřetel k naposledy vyplněnému dotazníku.
Členy panelů vybírá z předložených nominací pracovní komise složená z člena předsednictva GA ČR zodpovědného za příslušnou oblast výzkumu, zástupce Rady pro výzkum, vývoj a inovace (RVVI) a zástupce vědecké rady GA ČR. Při sestavování panelů je mimo odborné kvalifikace nominantů zohledňována také oborová, genderová a regionální vyváženost panelu a zastoupení panelistů z různých institucí.
Zárodek budoucího života nebo počátek onemocnění mají jedno společné: začínají na úrovni chemických reakcí jednotlivých molekul. Týmu Jana Preislera z Ústavu chemie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity se v rámci výzkumu podpořeného Grantovou agenturou ČR (GA ČR) podařilo vyvinout metodu, díky které můžeme v tkáni současně lokalizovat jednotlivé biologicky důležité molekuly a přispět tak k porozumění biologickým procesům.
Detekce molekul nebo atomů lákala vědce od nepaměti. V současnosti existuje řada metod, které mají citlivost potřebnou pro jejich detekci, ovšem lokalizace těchto částic ve vzorku, například v tkáních organismů, a současné potvrzení jejich identity stále představuje jeden z nejnáročnějších úkolů chemické analýzy.
Metody používané pro zobrazení biologicky významných molekul v tkáních často využívají speciální značky, jako jsou například kvantové tečky nebo foton-upkonverzní či jiné nanočástice, které se nejprve navážou na cílové molekuly a poté jsou zobrazeny pomocí fluorescenční nebo elektronové mikroskopie. Tyto značky se obvykle vážou na specifické biomolekuly prostřednictvím specifických protilátek. Nevýhodou existujících zobrazovacích technik ovšem je, že mohou být použity pouze k zobrazení jednoho nebo několika málo typů biomolekul, protože dokáží rozlišit pouze omezený počet značek, a jejich citlivost také není vždy dostačující.
Hmotnostní spektrometrie a značení nanočásticemi
Pro mapování biomolekul v tkáních se často využívá hmotnostní spektrometrie. Jde o metodu, která dokáže velmi přesně změřit hmotnost atomových nebo molekulových iontů a na základě zjištěné hmotnosti je identifikovat. Přestože je hmotnostní spektrometrie velmi citlivá, její citlivost není dostatečná pro detekci jednotlivých atomů a molekul. Přímo je proto možné zobrazit pouze rozložení molekul, které jsou v zobrazované tkáni přítomny v dostatečném množství – například některých lipidů, proteinů, metabolitů a léčiv.
I hmotnostní spektrometrii je však možné využít k detekci biomolekul, které jsou v tkáni obsažené pouze v nepatrném množství, pokud biomolekuly označíme nanočásticemi. Například zlatá nanočástice o průměru 20 nm obsahuje zhruba 250 tisíc atomů zlata a nanočástice o průměru 100 nm dokonce přes 30 miliónů atomů zlata. Počet iontů zlata vytvořených z jediné nanočásticové značky tak může být o několik řádů vyšší než počet výchozích biomolekul.
Nanočásticové značky obsahující jeden nebo více kovových atomů mohou být detekovány pomocí hmotnostního spektrometru, který využívá k ionizaci indukčně vázané plazma o teplotě přes 6 000 °C. V prvním kroku dochází k tomu, že se pixel po pixelu pomocí ultrafialového pulzního laseru odpařují nanočástice specificky navázané na dané biomolekuly v tkáních. Z nanočástic tak vznikají obláčky atomů kovu, které jsou vedeny do plazmatu, kde se ionizují, a posléze jsou detekovány pomocí hmotnostního spektrometru. Výsledkem je mapa rozložení biomolekul ve studované tkáni.
Zobrazení jednotlivých molekul pomocí nanočástic
Tým Jana Preislera z Ústavu chemie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity se zabývá tím, jak využit lasery k odpaření a ionizaci vzorků ve spojení s hmotnostní spektrometrií. Na pracovišti vyvinuli ablační systém, který namísto obvyklého ultrafialového laseru využívá laser infračervený, pomocí něhož dochází k šetrnému uvolňování neporušených 20nm zlatých nanočástic z tkáně a jejich transportu do plazmatu. Do plazmatu tak není přiveden difúzní obláček atomů zlata, ale neporušené zlaté nanočástice, které jsou atomizovány a ionizovány během velmi krátké doby až v samotném plazmatu.
Výsledkem jsou submilisekundové píky – krátké pulzy signálu iontů zlata. Není tak detekován pouze celkový signál kovu z daného pixelu, ale je možné jednotlivé nanočástice – a potažmo biomarkery na daném pixelu – přesně spočítat. Rozdíl v citlivosti oproti klasické laserové ablaci je proto podobný jako v případě měření intenzity světla v režimu počítání jednotlivých fotonů oproti obvyklému proporčnímu režimu.
Ve spolupráci s kolegy z Ústavu experimentální biologie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity a z Výzkumného centra automatické manipulace Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně výzkumníci demonstrovali přednosti nové metody při monitorování bujících buněk v 3D agregátech buněk lidského kolorektálního karcinomu.
Výsledkem přesného počítání značek na každém pixelu jsou ostré distribuční mapy relevantního biomarkeru v tkáni. Navíc jsou silně potlačeny signály z oblastí mimo tkáň. Tento přístup může být vhodný i pro současné zobrazení desítek různých biomolekul pomocí značek obsahujících různé kovy, případně i směsi kovů, protože hmotnostní spektrometr dokáže ionty těchto kovů snadno identifikovat a kvantifikovat.
Kromě ionizace v indukčně vázaném plazmatu tým studuje i možnost použití přímé laserové desorpce a ionizace nanočástic. V tomto případě se daří účinně detekovat 100nm zlaté nebo stříbrné nanočástice. Vyvinuté technologie jsou výsledkem téměř desetiletého pracovního úsilí týmu podpořeného několika navazujícími projekty GA ČR. Součástí výzkumu byl vývoj speciální instrumentace a softwaru pro záznam, vyhodnocování a zobrazení dat. Výzkum byl publikován v předním časopise oboru a ve schvalovacím řízení je patentová přihláška na vyvinutou metodu.
Předsednictvo ve spolupráci s Vědeckou radou GA ČR připravilo změnu rozvržení panelů a jimi pokrývaných témat v technických vědách (Oborová komise 1), vědách o neživé přírodě (Oborová komise 2), společenských a humanitních vědách (Oborová komise 4) a zemědělských a biologicko-environmentálních vědách (Oborová komise 5).
Změny budou platné pro soutěže vyhlášené v příštím roce.
Petr Zouhar z Fyziologického ústavu AV ČR zkoumal protein, který při delším podávání snižuje tělesnou hmotnost u myší. Snaží se zjistit, proč stejné účinky nemá také u lidí. Jeho výzkum byl podpořen juniorským grantem Grantové agentury ČR (GA ČR).
Aby lék fungoval, nemusíme vždy přesně rozumět mechanismu jeho účinku. To je i případ fibroblastového růstového faktoru 21 (FGF21 z angl. Fibroblast growth factor 21), nedávno odhaleného proteinového hormonu produkovaného v játrech a některých dalších orgánech, který ovlivňuje metabolické procesy po celém těle. Podávání FGF21 obézním laboratorním hlodavcům sice mimo jiné snižovalo jejich tělesnou hmotnost, u lidských dobrovolníků se ovšem slibné výsledky nepodařilo plně reprodukovat ani s použitím několika různých analogů proteinu FGF21. Proto vědci začali zkoumat, jak přesně FGF21 u myší funguje, a snaží se odhalit, proč selhává u lidí. Takový objev může naznačit cesty, jak by FGF21 mohl pomáhat snižovat obezitu i u lidí.
Tradiční představy o fungování FGF21 – výrobou tepla k hubnutí
Obezita je dána nerovnováhou mezi energetickým příjmem a výdejem. Lze proti ní proto bojovat jednak snížením příjmu potravy (ať už s pomocí diet, nebo nových léků ovlivňujících pocit sytosti), jednak zvýšením fyzické aktivity či klidového metabolického obratu. Významná část klidového energetického výdeje je (v závislosti na teplotě okolí) vynaložena na udržování stálé tělesné teploty. K tomu savci využívají celou paletu mechanismů, jako je například svalový třes nebo netřesová termogeneze. Ta probíhá zejména v takzvané hnědé tukové tkáni, která obsahuje speciální mitochondriální protein UCP1 (z angl. Uncoupling protein 1 čili odpřahovací protein 1). Právě tady zasahuje FGF21: jeho podávání zvyšuje u laboratorních zvířat expresi UCP1, energetický výdej i tělesnou teplotu. Může se tedy zdát, že stimulace UCP1 vede k nadbytečné výrobě tepla, což se projeví jednak spalováním tukových zásob, jednak zahřátím organismu a snahou ochladit se (Obr. 1). Jak ale zjistil výzkumný tým vedený Petrem Zouharem, situace je výrazně složitější.
Obr. 1: Schéma shrnující tradiční pohled na fungování FGF21 oproti novým poznatkům získaným v rámci projektu
Skeptický pohled – horečka bez hubnutí
Měření vědeckého týmu ukazují, že cílem FGF21 není zvýšit energetický výdej, ale spíše zvýšit tělesnou teplotu. Některá zvířata se po podání FGF21 nesnaží zbavovat přebytečného tepla, ale naopak snižují tepelné ztráty. FGF21 nepůsobí přímo na hnědou tukovou tkáň, ale ovlivňuje hlavně mozková centra řídící tělesnou teplotu a vyvolává jakousi horečku. Pod vlivem FGF21 se mozek všemi dostupnými cestami pokouší dosáhnout vyšší tělesné teploty. Může k tomu využít tvorbu tepla pomocí UCP1, ale může také snížit tepelné ztráty například omezením průtoku krve periferiemi těla. K tomu druhému dochází u geneticky modifikovaných myší bez UCP1 a může to být i případ lidských pacientů, kteří mají oproti hlodavcům UCP1 o dost méně. Pokud tedy FGF21 zvyšuje energetický výdej, dochází k tomu za účelem zvýšení tělesné teploty, ne naopak. A protože u myší hraje při regulaci tělesné teploty větší roli UCP1, zatímco lidé se spíše zahřívají jinak, myši po podávání FGF21 spalují více tukových zásob než lidé.
Nová naděje – dlouhodobé působení FGF21
Krátkodobé působení FGF21 může snadno vést ke zvýšené tělesné teploty kvůli snižování tepelných ztrát, a nemusí tak docházet k hubnutí. Lze ale tuto strategii uplatňovat dlouhodobě? Výsledky výzkumu ukazují, že už při týdenním podávání přestává tento trik stačit. I myši bez UCP1 začínají při takto prodloužené terapii zvyšovat svůj energetický výdej. Zajímavé ale je, jakým způsobem. UCP1 nemají, takže zbývá zapojit svalový třes nebo alternativní mechanismy netřesové termogeneze.
Existence těchto alternativních cest nezávislých na UCP1 v současnosti vzbuzuje velkou pozornost. Analýza genové exprese naznačuje, že FGF21 v hnědé tukové tkáni stimuluje aktivitu několika protichůdných energeticky náročných procesů včetně cyklu lipolýzy a produkce zásobních lipidů. Jestli lze touto cestou vyrobit dostatek tepla, zatím není zřejmé. Nárůst energetického výdeje je každopádně nižší než v případě zapojení UCP1.
Za povšimnutí stojí také, že navzdory menšímu nárůstu energetického výdeje ztrácí myši bez UCP1 hmotnost podobně jako kontrolní myši s UCP1. Děje se tak kupodivu proto, že FGF21 u těchto zvířat zároveň mírně tlumí příjem potravy. Zdá se tedy, že FGF21 ovlivňuje hned dva regulační mechanismy v centrální nervové soustavě – už při krátkodobém podávání posouvá rovnováhu mezi výrobou a ztrátami tepla s cílem zvýšit tělesnou teplotu. Při dlouhodobějším podávání pak FGF21 navíc ovlivňuje balanc mezi energetickým výdejem a příjmem, což má za následek pokles hmotnosti. Toto zjištění otvírá nové možnosti terapeutického využití FGF21 proti obezitě. Při dlouhodobějším podávání by se mělo dát hubnout i bez UCP1. Jen musíme být trpěliví a soustředit se na takové analogy FGF21, které budou schopné překonat hematoencefalickou bariéru a dostat se k řídicím centrům v mozku. Cílit přímo na hnědý tuk nestačí.
Výše popsaný vhled do problematiky mechanismu působení FGF21 vznikl zejména díky juniorskému grantu GA ČR. Ten umožnil sestavení výzkumného týmu zahrnujícího jak řešitele Petra Zouhara, tak technika a několik postgraduálních studentů. Zejména pro srbskou studentku Saru Stanić se FGF21 stalo hlavní náplní její disertační práce. Nesmírně důležité byly i podmínky zajištěné Fyziologickým ústavem AV ČR, v. v. i. – pro řešitele bylo zásadní inspirativní prostředí v rámci oddělení a špičkové přístrojové vybavení ústavního zvěřince zahrnující i jednotku pro metabolickou fenotypizaci in vivo. Výzkum působení FGF21 navazuje na postdoktorský projekt Petra Zouhara v laboratoři prof. Nedergaarda na Stockholmské univerzitě. Samotnou látku FGF21 poskytla firma Novo Nordisk.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) podpoří ve spolupráci s německou Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) dva nové trilaterální projekty. Na řešení prvního z nich se budou podílet také vědci z Polska za podpory agentury Narodowe Centrum Nauki (NCN). Druhý projekt se pak bude řešit za účasti rakouských vědců s podporou rakouské agentury Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF).
Oba projekty jsou tříleté a každá z agentur financuje tu část projektů, kterou řeší vědci z jejího území. Návrhy projektů prošly hodnocením formou Lead Agency, kdy jsou návrhy hodnoceny pouze jednou ze zapojených agentur a další agentury od ní hodnocení přebírají. U obou návrhů projektů byla hodnoticí agenturou neměcká DFG.
Německo-česko-polský projekt (DFG – GA ČR – NCN)
Reg. č.
Navrhovatel
Název projektu
Uchazeč
Doba řešení
24-14217L
doc. Ing. Alexandr Knápek, Ph.D.
INFASCOPE – Integrovaná analýza autoemisních zdrojů
Ústav přístrojové techniky AV ČR, v.v.i.
3 roky
Německo-česko-rakouský projekt (DFG – GA ČR – FWF)
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
