Впервые в истории человечества учёным-нейрофизикам совместно с программистами, представляющими Федеральную политехническую школу Швейцарии (Лозанна), удалось создать полноценный цифровой аналог мозга. Учёные выбрали для эксперимента мозг молодой крысы. Им удалось заменить цифровым аналогом участок мозга, содержащий около 31 тыс. нейронов и занимающий объём около1/3 кубического миллиметра.
На страницах издания Cell опубликована статья, в которой говорится, что на мощнейшем компьютере Blue Gene специалисты смогли запустить кибермозг, который состоит из 31 тысячи нейронов. «Создание этого мозга открывает дорогу для предсказания того, где расположены все 40 миллионов синапсов, как они соединяются друг с другом и даже то, как много ионов они посылают друг другу», — рассказал Генри Маркрэм. Он отметил, что ученым пришлось провести уйму экспериментов, но еще больше усилий было приложено специалистами, когда полученные данные переносились в цифровой мир.
Над кибермозгом участники проекта Blue Brain работали 10 лет. По словам лидера группы исследователей Генри Маркрэма, ученым пришлось шаг за шагом изучать то, какими свойствами обладают нейроны каждого типа, как каждый из них связан с соседними клетками и какими сигналами они обмениваются. Для этого разрабатывались специальные алгоритмы, имитирующие работу настоящих нервных клеток со всеми химическими процессами и реакциями внутри них.
Как рассказывает Маркрэм, «сборка» мозга заняла столь много времени по той причине, что ученым пришлось шаг за шагом изучать то, какими свойствами обладают нейроны каждого типа, как каждый из них связан с соседними клетками и какими сигналами они обмениваются.
Благодаря большому количеству соединений между ними, для эмуляции работы даже столь небольшой части мозга, занимающей всего 0,29 кубических миллиметра по объему, требуются все мощности суперкомпьютера Blue Gene, чьи вычислительные способности приближаются к очень внушительным 209 терафлопс.
Несмотря на такие впечатляющие результаты работы, «эта реконструкция — всего лишь первый шаг, она еще не закончена и не является идеальным цифровым воплощением настоящей биологической ткани», комментирует Генри Маркрам. Хотя, без сомнения, модель уже сейчас помогает ученым лучше понять принципы функционирования реального мозга. Помимо описанных открытий, алгоритм сделал возможным обнаружить важнейшую роль, которую в головном мозге выполняет кальций. Ученые выяснили, что
изменение концентрации кальция способно «переключать» активность некоторых областей головного мозга с режима бодрствования на режим сна — раньше ученые только наблюдали такие сдвиги активности, но не могли понять, чем именно они вызваны.
Создатели алгоритма уверены, что уже сейчас он способен оказать значительную помощь в изучении причин и течения многих заболеваний мозга — от нарушений сна до нейродегенеративных болезней. Как утверждают авторы статьи, плоды их работы и использование алгоритма в качестве экспериментальной модели мозга будут доступны всем ученым, которые занимаются соответствующими исследованиями.
