Виртуелни мишји мозак на суперкомпјутеру - прилика за разумијевање неурона

У једном од најимпресивнијих подухвата у неуронауци, тим истраживача је користећи суперрачунар "Fugaku" створио виртуелну верзију мождане коре миша која је невјероватно детаљна. Ова дигитална симулација, за коју многи кажу да је најживља до сада, омогућава научницима да прате неуронску активност у виртуелном мозгу , као да прате „живи" систем.

Основу за овај модел чине огромне биолошке базе података које је обезбиједио Институт Ален. Ријеч 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 свијету 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 јесте да ова симулација није само „шема". У њој се прати и кретање јона кроз мембране неурона, варијације електричног набоја унутар различитих дијелова 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 напријед

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 увијек да раде експерименте на живим мозговима што је безбједније и етички прихватљивије.

Антон Аркхипов са Института Ален каже да је овај успјех 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 дјелу

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

Шта ово значи — и који су сљедећи кораци?

Ова симулација отвара потпуно нови прозор у то како размишљамо о мозгу. Умјесто 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 цијелог мозга — можда и људског, са биофизичким детаљима. Аркхипов 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 вриједност. Будући да симулације које створимо могу да „предвиде" болести још прије 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 моделovati — индивидуалне варијације, дугорочне промјене, утицај околине, интеракције изван можданих ћелија и још много тога.

Пратите нас на нашој Фејсбук и Инстаграм страници и X налогу.