COMPASS MAGAZINE #10
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DIE STIMME DER ERFAHRUNG Kevin Hallock, Visualisierungs-und Modellierungsforscher, Pfizer

Es könnte der Anfang eines schlechten Witzes sein: Ein Chemiker, ein Biologe und ein Arzt kommen in einen Raum und versuchen sich auf eine gemeinsame Beschreibung eines Proteins zu einigen.

Bei Pfizer ist dieser Raum ein Labor für virtuelle Realität (VR), in dem Wissenschaftler in beeindruckende visuelle 3D-Darstellungen von Proteinen, menschlicher Physiologie und vielem mehr eintauchen können. Die erzielten Erfolge sind dabei alles andere als ein Witz. Unsere Wissenschaftler bekommen ein besseres Verständnis für komplexe Daten und gemeinsame Herausforderungen was ihnen dabei hilft, effizientere Forschungsarbeit zu leisten.
Erfolg oder Misserfolg, mit VR gelangen wir schneller zu einem Ergebnis, und sehen, was funktioniert und was nicht.

SEHEN HILFT VERSTEHEN

Proteine etwa sind entscheidend in der Entwicklung von Arzneimitteln. Diese komplexen dreidimensionalen Molekülstrukturen verfügen oftmals über einen als „aktives Zentrum“ bezeichneten Abschnitt, an dem bei ihren grundlegenden chemischen Abläufen Bindungen zu den Zielmolekülen entstehen oder aufgehoben werden.
Bei der Entwicklung von Medikamenten möchten wir oft das Verhalten dieser aktiven Zentren ändern, aber die Mechanismen eines Proteins zu verstehen ist schwierig. Diese Reaktionen mit einem Kollegen einer anderen Disziplin zu besprechen ist ebenso anspruchsvoll, da Chemiker, Biologen und Ärzte jeweils ganz anders über Proteine denken und sprechen. Wenn jedoch Kollegen die einzelnen Teile eines Proteins gleichzeitig sehen können, kann man auf unzählige 2D-Bilder und komplizierte Beschreibungen verzichten. Davon profitiert die Zusammenarbeit. Mit VR erhalten Kollegen zusätzliches Wissen, das ihnen dabei helfen kann, mit ihren jeweiligen Teilprojekten schnell voranzukommen.

Immersive virtuelle Erfahrungen ergänzen auch bestehende Werkzeuge. Forscher können sich Proteinstrukturen aus einer Röntgenkristallographie und dynamische Molekülsimulationen zwar auch auf einem Computer- Flachbildschirm anzeigen lassen, doch sie sehen nicht das gesamte dreidimensionale Protein. Die virtuelle Realität erlaubt dagegen die Darstellung beider Datentypen. In der virtuellen Realität können unsere Forscher herumlaufen und durch Moleküle hindurchgehen, die in der Größe eines Autos dargestellt werden. Sie können Simulationen mehrfach ablaufen lassen, diese aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten und mehrere Proteinstrukturen übereinanderlegen, um auch kleinste Unterschiede besser zu verstehen. Und sie können einem Kollegen, der sich gleichzeitig auch in der Simulation aufhält, einfach sagen: „Schau mal hier. Hast Du das gesehen?“

LÜCKEN IN 2D-DATEN SCHLIESSEN

Neuroanatomie ist ein weiteres, spannendes Anwendungsfeld für die virtuelle Realität in der wissenschaftlichen Forschung. Unsere Gehirne enthalten Milliarden von Neuronen und noch deutlich mehr Verbindungen zwischen diesen.
Magnetresonanztomographien (MRT) können uns die Struktur und Funktion zeigen, allerdings in der Regel in Form von zweidimensionalen Schnittbildern eines dreidimensionalen Gehirns. Um die Gesamtheit zu erfassen, muss man von 2D-Schnittbild zu 2D- Schnittbild springen und versuchen, im Kopf zusammenzuführen, wie und wo Muster auftreten. Die besten Radiologen können das, so wie auch ein Architekt oder Bauingenieur 2D-Entwürfe im Geiste zu einem 3D-Gebäude formen kann. Hierzu bedarf es allerdings jahrelanger Erfahrung und Praxis.

MRT-Bilder in die virtuelle Realität zu bringen, ist nicht ganz einfach, aber möglich. Selbst Neurochirurgen mit jahrzehntelanger Erfahrung sind verblüfft, wenn sie das Gehirn zum ersten Mal raumgreifend erleben. Ist die virtuelle Realität gut gemacht, vergessen Sie, dass Sie sich in einem echten Raum mit Wänden befinden. Es ist wie ein Film auf Steroiden, allerdings sind Sie selbst im Film, anstatt ihn nur aus dem Publikum heraus zu betrachten. Mit VR erfahren Sie, wie Moleküle aussehen, wenn Sie selbst nur zwei Nanometer oder auch sechs Meter groß sind. Es ändert Ihre Perspektive und vertieft Ihr Verständnis. Unseren Wissenschaftlern hilft es dabei, neue Wege zum Wissen zu beschreiten.

DIE LERNKURVE ENTLANGJAGEN

Als wir das VR-Labor bei Pfizer eingerichtet haben, wollten wir lernen, was die Technik kann. Außerdem wollten wir Erfahrungen sammeln. Heute sind wir in der Lage, die Vorteile voll zu nutzen, die der starke Trend hin zur virtuellen Realität in allen Disziplinen mit sich bringt. Eventuell haben wir auch einen sozialen Vorteil, da viele unserer Mitarbeiter bereits VR erleben durften.

Als wir damit anfingen, war uns klar, dass Erfahrung wichtig ist, denn damals stand die Einführung von Head-Mounted Displays (HMDs) bereits kurz bevor. Jetzt gibt es sie und für uns ist das etwas Wunderbares.

Je mehr Forschungseinrichtungen VR nutzen, desto mehr Softwareunternehmen werden VR unterstützen, sodass die visuelle Darstellung von Daten für alle einfacher wird. Wenn es soweit ist, wird das Durchsuchen, Erkunden und Begreifen der großen Datenmengen einfacher und schneller gehen. Die Welt der Forschung wird wahrscheinlich komplett auf den Kopf gestellt werden. Das ist ein spannender Ausblick, nicht nur für die Arzneimittelforschung, sondern auch für die Zukunft der Bildung, Kommunikation und für das menschliche Verständnis allgemein. ◆

PROFIL

Kevin Hallock ist Senior Manager bei Pfizer im Bereich Quantitative Medizin. Als Leiter für Modellierung und Visualisierung steht er auch dem Visualisierungszentrum und weiteren Modellierungsprojekten von Pfizer vor. Hallock hat seinen Doktor in physikalischer Chemie und Biophysik an der University of Michigan mit der Verwendung von Festkörper- Kernspinresonanz zur Untersuchung natürlich vorkommender antimikrobieller Peptide in mechanisch ausgerichteten Doppellipidschichten gemacht. Im Anschluss an seine Promotion durchlief er eine Fortbildung im Bereich der Magnetresonanzmikroskopie und der Magnetresonanzbildgebung an der Boston University School of Medicine und entwickelte Magnetresonanztechniken zur Erforschung lebender Systeme, von der Fruchtfliege bis zum Menschen.

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Sehen Sie das VR-Labor von Pfizer in Aktion :
http://3ds.one/PfizerVR