Виртуелни мишји мозак на суперкомпјутеру – нова ера у разумевању неурона

Како је направљен виртуелни мозак?

Основу за овај модел чине огромне биолошке базе података које је обезбедио Институт Ален. Реч је о јасној мапи типова неурона, њихових међусобних веза и структуре. Затим је све то „оживљено" захваљујући суперрачунару Фугаку, који је један од најмоћнијих на свету и способан је да израчуна квадрилионе операција у секунди.

У моделу је симулирано близу десет милиона неурона,који су повезани са око 26 милијарди синапси, а сам виртуелни мозак обухвата 86 међусобно повезаних регија мождане коре.

Оно што је заиста импресивно је да ова симулација није само „шема". У њој се прати и кретање јона кроз мембране неурона, варијације електричног набоја унутар различитих делова једног неурона, као и активност синапси.

Истраживачи користе алате као што су Brain Modeling ToolKit и Neulite да би математичке једначине претворили у „живе" виртуелне неуроне који комуницирају једни с другима, баш као прави.

Зашто је овај модел велики корак напред

До сада су експерименти на живом ткиву или животињама били дужи, сложенији и ограничени. Са овим виртуелним мозгом, научници могу „посматрати" како праве болести  попут алцхајмерове болести или епилепсије  настају и развијају се корак по корак, у дигиталном окружењу.

Осим тога, могу да прате како таласи мождане активности доприносе перцепцији, пажњи и другим сложеним процесима. Истраживачи сада могу да тестирају своје хипотезе виртуелно, не морају увек да раде експерименте на живим мозговима што је безбедније и етички прихватљивије.

Антон Аркхипов са Института Ален каже да је овај успех огроман технички напредак: „Ово показује да, када имамо довољно рачунарске снаге, можемо да покренемо праве симулације мозга. То више није само теорија."

Техничка моћ на делу

Суперрачунар Фугаку није изабран случајно. Развиле су га јапанске институције  RIKEN и Fujitsu. Његова архитектура омогућава да више од 400 квадрилионa операција буде обрађено у секунди , а то је сасвим на нивоу како каже Аркхипов „рачунара који може да симулира мале делове мозга у стварном времену".

Шта ово значи — и који су следећи кораци ?

Ова симулација отвара потпуно нови прозор у то како размишљамо о мозгу. Уместо да се ослањамо искључиво на живе узорке, можемо да покренемо „виртуелне експерименте", да видимо како неуронска мрежа реагује на болест, стимулацију или оштећење и да тестирамо потенцијалне терапије без ризика по живи организам.

Међутим, истраживачи и сами признају да ово није крај. Модел је заснован на мишијем мозгу јер иако миш представља важан модел организма за људски мозак, он није његова директна копија.

Ипак, ово је огроман корак ка амбицији да се једног дана направи симулација целог мозга - можда  и људског, са биофизичким детаљима. Aркхипов и тим истраживача виде будућност у којој је такав модел реалност, а не научна фантастика.

Етичка и научна перспектива

Поред техничке иновације, овај пројекат носи и дубоку етичку вредност. Будући да симулације које створимо могу да „предвиде" болести још пре него што се развију, оне могу да нам помогну да откријемо нове терапије раније, брже и без угрожавања живих субјеката.

То би могло да трансформише начин на који истражујемо алцхајмерову болест, епилепсију или друге неуролошке поремећаје.

Са друге стране, научници су јасни да симулација, макар и детаљна , није иста као живи мозак. Постоје фактори које је тешко моделовати- индивидуалне варијације, дугорочне промене, утицај околине, интеракције изван можданих ћелија и још много тога.