Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου είναι εξαιρετικά δύσκολη, επειδή οι ζωντανοί εγκέφαλοι δεν μπορούν να μελετηθούν εύκολα με επεμβατικό τρόπο. Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες στρέφονται σε προσομοιώσεις. Πρόσφατα, δημιουργήθηκε μια νέα και ιδιαίτερα εξελιγμένη προσομοίωση εγκεφάλου ποντικιού, που θεωρείται από τις πιο ρεαλιστικές που έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα.
Το έργο συντονίστηκε από ερευνητικές ομάδες του Allen Institute στις Ηνωμένες Πολιτείες και του University of Electro-Communications στην Ιαπωνία.
Η προσομοίωση αυτή μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στη μελέτη νευροεκφυλιστικών ασθενειών, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εξετάζουν λεπτομερώς πώς εξαπλώνονται οι παθολογικές αλλαγές στον εγκέφαλο.
Το μοντέλο αναπαριστά ολόκληρο τον εγκεφαλικό φλοιό ενός ποντικιού. Αν και ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ μεγαλύτερος και πιο πολύπλοκος, υπάρχουν σημαντικές ομοιότητες μεταξύ των εγκεφάλων ανθρώπων και τρωκτικών, κάτι που καθιστά αυτή την προσομοίωση πολύτιμο εργαλείο για τη νευροεπιστημονική έρευνα.
Το μέγεθος της προσομοίωσης είναι εντυπωσιακό: περιλαμβάνει 9 εκατομμύρια νευρώνες και 26 δισεκατομμύρια συνάψεις, δηλαδή τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων. Το μοντέλο χωρίζεται σε 86 διασυνδεδεμένες περιοχές και μπορεί να εκτελεί τετράκις εκατομμύρια υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο.
Για σύγκριση, ο πραγματικός εγκέφαλος ενός ποντικιού περιέχει περίπου 70 εκατομμύρια νευρώνες μέσα σε έναν χώρο περίπου στο μέγεθος ενός αμυγδάλου. Σύμφωνα με τον υπολογιστικό νευροεπιστήμονα Anton Arkhipov, το επίτευγμα αυτό δείχνει ότι είναι πλέον εφικτό να τρέχουν τόσο πολύπλοκες προσομοιώσεις εγκεφάλου, εφόσον υπάρχει επαρκής υπολογιστική ισχύς. Όπως τονίζει, πρόκειται για ένα τεχνικό ορόσημο που ανοίγει τον δρόμο για ακόμα μεγαλύτερα και ακριβέστερα μοντέλα στο μέλλον.
Η προσομοίωση επιτρέπει στους ερευνητές να παρακολουθούν τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων σε πραγματικό χρόνο, μέσα σε ένα τρισδιάστατο, δυναμικό περιβάλλον. Έτσι μπορούν να μελετήσουν πώς δημιουργούνται τα εγκεφαλικά κύματα, πώς εξαπλώνονται επιληπτικές κρίσεις ή πώς επηρεάζεται η συγκέντρωση και η συνείδηση, χωρίς να απαιτούνται επεμβατικές εξετάσεις σε ζωντανούς οργανισμούς.
Την απαραίτητη υπολογιστική ισχύ παρείχε ο ιαπωνικός υπερυπολογιστής Fugaku, ένας από τους ισχυρότερους στον κόσμο. Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης νέο λογισμικό για να μειώσουν τον φόρτο περιττών υπολογισμών και να βελτιώσουν την αποδοτικότητα της προσομοίωσης.
Η ομάδα έχει ήδη χρησιμοποιήσει το μοντέλο για νέες ανακαλύψεις σχετικά με τον συγχρονισμό των εγκεφαλικών κυμάτων και την αλληλεπίδραση των δύο ημισφαιρίων του εγκεφάλου. Στο μέλλον, οι επιστήμονες φιλοδοξούν να δημιουργήσουν πλήρη μοντέλα ανθρώπινου εγκεφάλου.
Η έρευνα παρουσιάστηκε στο συνέδριο υπερυπολογιστών SC25 και είναι διαθέσιμη διαδικτυακά.
