Jeśli nie nastąpią nieprzewidziane przeszkody, przedsięwzięcie zostanie ukończone w 2023 roku. A wtedy naukowcy poznają wiele sekretów związanych z funkcjonowaniem tego wyjątkowego organu, najbardziej skomplikowanej struktury znanej dotychczas we wszechświecie, zrozumieją zasady działania i powody zaburzeń w jego pracy.

Dotkną tajemnicy

Z inicjatywą taką wystąpił w 2005 roku dr Henry Markram, neurobiolog z Politechniki Federalnej w Lozannie w Szwajcarii. Świat naukowy wykazał nią wielkie zainteresowanie, dziś w projekcie uczestniczą naukowcy z 12 uniwersytetów ze Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Izraela i Hiszpanii.

Po dwóch latach realizacji projektu za pomocą komputera IBM Blue Gene, jednego z najpotężniejszych na świecie, udało się dokonać symulacji funkcjonowania pojedynczej kolumny neuronalnej mózgu szczura. O złożoności i skali trudności tego przedsięwzięcia niech świadczy to, że objętość takiej kolumny wynosi zaledwie około 0,5 milimetra sześciennego, a mieści się w niej około

33 miliardy neuronów, według szacunków, zawiera ludzki mózg

200 różnych typów neuronów, w sumie 10 tys. połączonych około 30 milionami synaps – są to miejsca stykania się błony kończącej akson, tj. włókno nerwowe – z błoną komórkową drugiej komórki, nerwowej lub mięśniowej. Impuls nerwowy przenoszony jest między komórkami za pomocą neurohormonu chemicznego lub impulsem elektrycznym.

W tej wstępnej fazie symulacji na sieć neuronów działano sygnałami, jakie odbierałyby neurony w mózgu szczura. Podczas doświadczeń zaobserwowano tworzenie się nowych połączeń synaptycznych i synchroniczne reagowanie grup neuronów.

– Jeszcze pięć lat temu, z tamtymi komputerami, potrzebowaliśmy mocy całego peceta do symulowania zaledwie jednego neuronu, a generalnie symulowaliśmy ich 10 tysięcy. Dziś nasz zespół symuluje na raz

Autopromocja
Ranking Samorządów

Poznaj najlepsze samorządy w Polsce

WEŹ UDZIAŁ

360 tys. neuronów. Ale to wciąż śmiesznie mało w porównaniu z naszymi potrzebami, bowiem mózg ludzki składa się z kilkudziesięciu miliardów neuronów, a każdy może mieć 10 tys. połączeń synaptycznych. Liczba neuronów w ludzkim mózgu wciąż nie jest dokładnie znana, dlatego policzenie ich jest jednym z zadań programu. Trudno nawet wyobrazić sobie moc informatyczną potrzebną badaczom mózgu ludzkiego. Do zrealizowania naszego zamierzenia będziemy potrzebowali 1000 petaflopów – wyjaśnia Henry Markram.

Niewyobrażalna moc

Co to znaczy? Jednostką wydajności komputerów są operacje zmiennoprzecinkowe wykonywane w ciągu sekundy (floating point operations per second – FLOPS). Współczesne komputery osiągają wyniki liczone w miliardach (gigaflopsach), a najszybsze w petaflopsach (petaflops = biliard FLOPS, czyli jedynka z 15 zerami). Aktualnie najpotężniejszy komputer świata, chiński Tianhe1A, posiada moc 2,7 petaflopsa, natomiast kolejna wersja przygotowywanego IMB Blue Gene będzie miała 10 petaflopsów.

Specjaliści przewidują, że superkomputer o mocy obliczeniowej wystarczającej do symulacji działania ludzkiego mózgu zostanie zbudowany mniej więcej za dziesięć lat. Od tego momentu naukowcy będą potrzebowali jeszcze kolejnych dwóch lat na przeprowadzenie pełnej symulacji. W aktualnej fazie badań prace zmierzają do symulowania funkcjonowania całego mózgu szczura.

Blue Brain Project finansuje głównie rząd Szwajcarii. Politechnika w Lozannie zakupiła na jego potrzeby superkomputer IBM Blue Gene po obniżonej cenie – IBM zainteresowany jest ustaleniem możliwych zastosowań maszyny. Politechnika w Madrycie udostępniła mikroskop zaprojektowany do badania mózgu oraz superkomputer Magerit. Ostatnio przedsięwzięciem zainteresowała się Unia Europejska, eksperci oceniają szanse zrealizowania projektu, gdy studium wypadnie pomyślnie, UE przekaże na potrzeby badań miliard euro.

Nowa metoda

Żeby badać systemy planetarne lub galaktyki, astrofizycy posługują się specjalnie do tego celu tworzonymi modelami komputerowymi. Jest to możliwe, ponieważ dzięki miliardom operacji komputery wizualizują łączenie się cząstek gazu i pyłu kosmicznego w procesie powstawania planet lub na przykład zbliżanie się do siebie dwóch galaktyk i następującą po tym ich kolizję.

Sięganie po symulację komputerową stało się już pełnoprawną metodą badawczą w wielu dziedzinach nauki. Pozwala ona m.in. odkrywać nieoczekiwane mechanizmy lub wybierać między różnymi hipotezami.