Υπερυπολογιστής δημιούργησε ένα από τα πιο ολοκληρωμένα μοντέλα εγκεφάλου για μελέτη

Το έργο αναπτύχθηκε από ερευνητική ομάδα του Ινστιτούτου Άλεν στις ΗΠΑ, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρο-Επικοινωνιών στην Ιαπωνία, με τη χρήση του υπερυπολογιστή Fugaku. Και φιλοδοξεί να αποτελέσει ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως το Αλτσχάιμερ, αναφέρει το Science Alert.

Η προσομοίωση αναπαριστά ολόκληρο τον φλοιό του εγκεφάλου του ποντικού. Αν και απέχει πολύ από την πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, ο οποίος διαθέτει δισεκατομμύρια νευρώνες, οι ομοιότητες ανάμεσα στους εγκεφάλους τρωκτικών και ανθρώπων καθιστούν το μοντέλο εξαιρετικά χρήσιμο για πειραματική έρευνα.

Οι αριθμοί εντυπωσιάζουν: ο εικονικός εγκέφαλος περιέχει 9 εκατομμύρια νευρώνες, καθώς και 26 δισεκατομμύρια συνάψεις (συνδέσεις νευρώνων). Το δίκτυο αποτελείται από 86 διασυνδεδεμένες περιοχές και μπορεί να εκτελεί τετράκις εκατομμύρια υπολογισμούς ανά δευτερόλεπτο.

Για να καταλάβουμε τα μεγέθη, ο πραγματικός εγκέφαλος ενός ποντικού περιέχει περίπου 70 εκατομμύρια νευρώνες σε έναν όγκο αντίστοιχο με εκείνον ενός αμυγδάλου.

Ωστόσο, ακόμη και αυτή η μικρότερη ψηφιακή εκδοχή προσφέρει πρωτοφανείς δυνατότητες παρατήρησης της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Όπως εξηγεί ο νευροεπιστήμονας Anton Arkhipov από το Ινστιτούτο Άλεν, το νέο μοντέλο αποδεικνύει ότι πλέον υπάρχει η τεχνολογική δυνατότητα για ακριβείς και μεγάλης κλίμακας εγκεφαλικές προσομοιώσεις, αρκεί να υπάρχει επαρκής υπολογιστική ισχύς.

Πώς μπορεί να αξιοποιηθεί το μοντέλο

Η πολυπλοκότητα της προσομοίωσης επιτρέπει στους επιστήμονες να παρακολουθούν σε πραγματικό χρόνο πώς εξαπλώνονται πρότυπα σκέψης, συνείδησης ή ακόμη και παθολογικών καταστάσεων μέσα στον εγκέφαλο. Πρόκειται ουσιαστικά για έναν τρισδιάστατο, κινούμενο χάρτη, που δείχνει την ενεργοποίηση και τη διασύνδεση των νευρώνων.

Μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να αξιοποιηθεί αυτό το έργο, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι για να δοκιμαστούν υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι επιληπτικές κρίσεις εξαπλώνονται στον εγκέφαλο ή πώς τα εγκεφαλικά κύματα συμβάλλουν στην συγκέντρωση – χωρίς να υπάρχει ανάγκη για επαναλαμβανόμενες, επεμβατικές, φυσικές εγκεφαλικές τομογραφίες.

Την τεράστια υπολογιστική ισχύ παρείχε ο ιαπωνικός υπερυπολογιστής Fugaku, ο οποίος αξιοποίησε υπάρχουσες βάσεις δεδομένων και χαρτογραφήσεις εγκεφαλικών κυττάρων για να σχηματίσει το μοντέλο. Παράλληλα, αναπτύχθηκε νέο λογισμικό ώστε να γίνεται πιο αποδοτική η επεξεργασία της εγκεφαλικής δραστηριότητας και να αποφεύγονται περιττοί υπολογισμοί. Όπως σημειώνει ο καθηγητής υπολογιστών Tadashi Yamazaki από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρο-Επικοινωνιών, ο Fugaku χρησιμοποιείται ήδη σε τομείς όπως η αστρονομία, η μετεωρολογία και η ανακάλυψη φαρμάκων, συμβάλλοντας στην επίλυση κρίσιμων κοινωνικών προβλημάτων.

Παρά το γεγονός ότι πρόκειται ήδη για ένα τεχνολογικό άλμα, οι φιλοδοξίες της επιστημονικής ομάδας φτάνουν ακόμη πιο μακριά. Στόχος τους είναι, σε βάθος χρόνου, η δημιουργία ενός πλήρους ψηφιακού μοντέλου ανθρώπινου εγκεφάλου. Όπως δηλώνει ο Arkhipov, η έρευνα περνά πλέον από την προσομοίωση μεμονωμένων περιοχών στη μοντελοποίηση ολόκληρων εγκεφάλων. Η έρευνα παρουσιάστηκε στο διεθνές συνέδριο υπερυπολογιστών SC25 και είναι διαθέσιμη online.