Crear un cerebro virtual puede parecer una pesadilla de ciencia ficción, pero para los neurocientíficos de Japón y Seattle Instituto AllenUn gran paso hacia un sueño tan ansiado.
Dicen que se están realizando simulaciones de la corteza del ratón una de las supercomputadoras más rápidas del mundoPodría allanar el camino para comprender los mecanismos detrás de enfermedades como la enfermedad de Alzheimer y la epilepsia, y tal vez desentrañar los misterios de la conciencia.
“Esto demuestra que la puerta está abierta”, investigador del Instituto Allen Antón Arjipov dijo de alguna manera hoy hoja informativa. “Este es un hito técnico que nos da confianza en que no sólo son posibles modelos mucho más grandes, sino que también se pueden lograr con precisión y escala”.
Arkhipov y sus colegas describen el proyecto de la siguiente manera: El trabajo de investigación de esta semana en St. se presentará en St. Louis. durante Conferencia SC25 sobre informática de alto rendimiento. La simulación modela la actividad de toda la corteza del ratón, que abarca aproximadamente 10 millones de neuronas conectadas por 26 mil millones de sinapsis.
Para crear la simulación, los investigadores alimentaron datos. Base de datos de tipos de células Allen Y Atlas de conectividad de Allen Se transformó en la Supercomputadora Fugaku, un grupo informático desarrollado por Fugaku. fujitsu y japon Centro RIKEN de Ciencias Computacionales. Fugaku es capaz de realizar más de 400 mil billones de operaciones por segundo, o 400 petaflops.
El enorme conjunto de datos se convirtió en un modelo 3D utilizando tecnología del Instituto Allen. Kit de herramientas de modelado cerebral. Un programa de simulación llamado Neulita Dio vida a los datos como neuronas virtuales que interactúan entre sí como células cerebrales vivas.
Los científicos ejecutaron el programa en diferentes escenarios, incluido un experimento que utilizó la configuración Fugaku a escala real para modelar toda la corteza del ratón.
“En nuestra simulación, cada neurona se modela como un gran árbol de compartimentos que interactúan (cientos de compartimentos por neurona)”, dijo Arkhipov en comentarios enviados por correo electrónico a GeekWire. “Así que estamos capturando algunas de las estructuras subcelulares y la dinámica de cada neurona”.
Durante la simulación a gran escala, no tomó más de 32 segundos simular un segundo de actividad en tiempo real en el cerebro de un ratón vivo. “Este nivel de rendimiento, 32 veces más lento que el tiempo real, es bastante impresionante para un sistema de este tamaño y complejidad”, afirmó Arkhipov. “No es raro ver un factor miles de veces más lento en simulaciones tan detalladas (incluso mucho más pequeñas que la nuestra)”.
Los investigadores reconocen que se necesita mucho más trabajo para convertir su simulación en un modelo que pueda rastrear la progresión de una enfermedad neurológica. Por ejemplo, el modelo no refleja la plasticidad cerebral, la capacidad del cerebro para restablecer sus propias conexiones.
“Si queremos hablar de algo específico además de la plasticidad, uno de los aspectos que faltan son los efectos de los neuromoduladores, el otro es que actualmente no tenemos una representación muy detallada de las entradas sensoriales en nuestras simulaciones de toda la corteza”, dijo Arkhipov. “Para todo esto, necesitamos muchos más datos de los que están disponibles actualmente para construir modelos mucho mejores, pero ahora que tenemos una simulación de corteza completa funcional, se pueden implementar y probar algunos enfoques o hipótesis”.
Arkhipov dijo que el objetivo a largo plazo del proyecto es simular todo el cerebro, no sólo la corteza. “Existe una distinción entre toda la corteza y todo el cerebro”, señaló. “La corteza del ratón (y nuestro modelo) contiene alrededor de 10 millones de neuronas, mientras que todo el cerebro del ratón contiene alrededor de 70 millones de neuronas”.
Simular el cerebro humano requerirá un salto aún mayor. Sólo la corteza humana contiene 10 millones de neuronas y 21 millones de neuronas. mil millones.
La buena noticia es que una supercomputadora suficientemente potente podría estar a la altura de la tarea. “Nuestro estudio muestra que simulaciones muy detalladas a nivel microscópico de cerebros más grandes pueden ser posibles en menos tiempo de lo esperado”, dijo Arkhipov. “Los resultados muestran que la simulación de todo el cerebro de un mono (como el del mono macaco con 6 mil millones de neuronas) puede encajar en el sistema Fugaku a gran escala”.
Arkhipov dijo que es importante señalar que crear un modelo de cerebro en una supercomputadora “no significa que dicho modelo sea completo o preciso”.
“Estamos hablando de la viabilidad técnica de las simulaciones y parece que ahora incluso a la escala del cerebro de un mono se pueden realizar tales simulaciones”, afirmó. “Pero será necesario generar mucho más trabajo experimental de generación de datos y construcción de modelos para que tales simulaciones sean biológicamente realistas”.
Rin Kuriyama y Kaaya Akira de la Universidad de Electrocomunicación de Tokio son los autores principales del artículo presentado en SC25: “Simulación de corteza completa de ratón a nivel microscópico que consta de 9 millones de neuronas biofísicas y 26 mil millones de sinapsis en la supercomputadora Fugaku”. Además de Arkhipov, entre los autores del Instituto Allen se encuentran Laura Green, Beatriz Herrera y Kael Dai. Otros autores del estudio son Tadashi Yamazaki y Mari Iura de la Universidad de Electrocomunicaciones; Gilles Gouaillardet y Asako Terasawa de la Organización de Investigación en Ciencia y Tecnología de la Información en Hyogo, Japón; Taira Kobayashi de la Universidad de Yamaguchi; y Jun Igarashi del Centro RIKEN de Ciencias Computacionales.
Fuente: mascipolletti.com.ar
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