Η προσομοίωση μοντελοποιεί ολόκληρο τον φλοιό ενός ποντικού. Ενώ αυτός δεν είναι τόσο μεγάλος ή τόσο περίπλοκος όσο ένας ανθρώπινος εγκέφαλος, ο οποίος περιέχει δισεκατομμύρια νευρώνες , υπάρχουν ομοιότητες μεταξύ του ανθρώπινου εγκεφάλου και του εγκεφάλου των τρωκτικών – επομένως αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο μελέτης.

Οι αριθμοί είναι εντυπωσιακοί: ο εικονικός εγκέφαλος περιέχει 9 εκατομμύρια νευρώνες, καθώς και 26 δισεκατομμύρια συνάψεις ( συνδέσεις νευρώνων ). Υπάρχουν 86 διασυνδεδεμένες περιοχές στην προσομοίωση του εγκεφάλου και μπορεί να επεξεργάζεται τετράκις εκατομμύρια υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο.

Για να το θέσουμε σε προοπτική, ο πραγματικός και πλήρης εγκέφαλος του ποντικιού περιέχει περίπου 70 εκατομμύρια νευρώνες σε έναν χώρο περίπου στο μέγεθος ενός αμυγδάλου.

«Αυτό δείχνει ότι η πόρτα είναι ανοιχτή», λέει ο νευροεπιστήμονας Άντον Αρκίποφ, από το Ινστιτούτο Άλεν. «Μπορούμε να εκτελέσουμε αποτελεσματικά αυτού του είδους τις προσομοιώσεις εγκεφάλου με αρκετή υπολογιστική ισχύ».

«Είναι ένα τεχνικό ορόσημο που μας δίνει την πεποίθηση ότι πολύ μεγαλύτερα μοντέλα είναι όχι μόνο δυνατά, αλλά και εφικτά με ακρίβεια και κλίμακα».

Η πολυπλοκότητα της προσομοίωσης σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν καθώς μοντέλα νόησης, συνείδησης και ασθενειών εξαπλώνονται στον εγκέφαλο . Είναι ένας τρισδιάστατος, κινούμενος χάρτης που δείχνει μεμονωμένους νευρώνες να ενεργοποιούνται και να συνδέονται.

Μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι η δοκιμή υποθέσεων σχετικά με το πώς εξαπλώνονται οι επιληπτικές κρίσεις στον εγκέφαλο ή πώς τα εγκεφαλικά κύματα συμβάλλουν στην εστίαση – χωρίς να χρειάζονται επαναλαμβανόμενες, επεμβατικές, φυσικές σαρώσεις εγκεφάλου.

Η απαραίτητη υπολογιστική ισχύς παρείχε ο υπερυπολογιστής Fugaku στην Ιαπωνία, ο οποίος βασίστηκε σε υπάρχουσες βάσεις δεδομένων και γραφήματα κυττάρων για να σχηματίσει το μοντέλο. Η ομάδα ανέπτυξε επίσης νέο λογισμικό για την πιο αποτελεσματική επεξεργασία της εγκεφαλικής δραστηριότητας και τη μείωση των περιττών υπολογισμών στο ελάχιστο.

«Ο υπερυπολογιστής Fugaku χρησιμοποιείται για έρευνα σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων υπολογιστικής επιστήμης, όπως η αστρονομία, η μετεωρολογία και η ανακάλυψη φαρμάκων, συμβάλλοντας στην επίλυση πολλών κοινωνικών προβλημάτων», λέει ο μηχανικός Η/Υ Tadashi Yamazaki, από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρο-Επικοινωνιών.

«Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιήσαμε τον Fugaku για μια προσομοίωση νευρωνικού κυκλώματος.»

Δείτε ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ

Οι εγκέφαλοί μας είναι, φυσικά, απαραίτητοι για την καλή σωματική και ψυχική υγεία, καθώς και για την υγιή γήρανση – και οι μελέτες εικονικών χαρτών εγκεφάλου και μίνι-δομών εγκεφάλου θα είναι κρίσιμες για να μάθουμε περισσότερα για το πώς λειτουργεί αυτό το όργανο και πώς μπορεί να διασπαστεί.

Η ομάδα έχει ήδη ασχοληθεί με την εφαρμογή του νέου της μοντέλου, κάνοντας ανακαλύψεις σχετικά με τον συγχρονισμό των εγκεφαλικών κυμάτων και τον τρόπο με τον οποίο τα δύο ημισφαίρια του εγκεφάλου του ποντικιού αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Πρόκειται για ένα εξαιρετικά εντυπωσιακό επίτευγμα πληροφορικής και βιολογικής μοντελοποίησης, αλλά οι ερευνητές έχουν ακόμη μεγαλύτερα σχέδια και μια μέρα θέλουν να κατασκευάσουν ένα μοντέλο ανθρώπινου εγκεφάλου σε πλήρες μέγεθος μέσα σε έναν εικονικό χώρο υπολογιστών.

«Ο μακροπρόθεσμος στόχος μας είναι να κατασκευάσουμε μοντέλα ολόκληρου του εγκεφάλου, και τελικά ακόμη και ανθρώπινα μοντέλα, χρησιμοποιώντας όλες τις βιολογικές λεπτομέρειες που αποκαλύπτει το Ινστιτούτο μας», λέει ο Αρχίποφ. «Τώρα προχωράμε από τη μοντελοποίηση μεμονωμένων περιοχών του εγκεφάλου στην προσομοίωση ολόκληρου του εγκεφάλου του ποντικιού».

Η έρευνα παρουσιάστηκε στο συνέδριο υπερυπολογιστών SC25 .

(photo: pixabay)