Powstanie informatyczny model działania całego ludzkiego mózgu

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

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.