Мозг в двоичном коде

Ученые не оставляют попыток разгадать загадку самого сложного органа - мозга. 26 ноября Политехнический вуз Лозанны (EPFL) и фирма IBM объявили об успешном завершении первого этапа плана создания компьютерной модели мозга млекопитающих. Ученые уверены, что построение модели мозга человечка - задача, реализуемая в ближайшем десятилетии.

Проект под наименованием Blue Brain Project, стартовавший в 2005 году, сравнивают по значимости с проектом по расшифровке генома человека. Ученые Института мозговой активности при EPFL задались целью сотворить полную виртуальную модель мозга млекопитающих, - та, что бы в точности отражала все физиологические процессы. Использоваться данная модель способен для проведения экспериментов, разбора последствий оперативных вмешательств и действия медикаментов, исследования природы заболеваний мозга и нервной системы. Для проведения вычислительных процессов к сотрудничеству был приглашен Исследовательский центровой узел IBM, - тот, что предоставляет мощности одного из суперкомпьютеров Blue Gene (5,7 терафлопс).

К построению модели научных работников подтолкнуло отслеживание систематичности в "трудовой вахте" головного мозга. В головной коре, из которой состоит 80% мозга, нейроны организованы в типичные структурные единицы, так называемые пирамиды (гигантские клетки). Каждая пирамида содержит грубо 10 тыс. нейронов, соединенных между собой дендритами и аксонами, образующими сложные, но закономерные связи. Исследования показали, что функционируют пирамиды по четким алгоритмам, - те, что возможно выказать математически.

На первом периоде было решено воспроизвести "рабочую вахту" единичной пирамиды. За основу взяли плоды опытов с мышами. Этих данных достаточно, чтобы найти решение поставленную задачу: отличалка между головным мозгом человека и мыши состоит главным образом в числе пирамид. Строить модель пришлось в три шага - сперва смоделировать нейроны, принимая во внимание их пространственные параметры и электрические свойства, далее выстроить связи между отдельными нейронами: число версий связей составляет триллионы. Последний шаг позволил воссоздать на клеточном уровне реально функционирующую пирамиду.

Помимо чисто статистических данных (сотни гигабайтов за секунду симуляции) удалось соорудить визуальную трехмерную модель. На экране монитора реально видеть, как электрический импульс проходит по нейронам пирамиды, которые в данный миг подкрашиваются цветом. Визуализация оказалась отдельной проблемой: чтобы в аккурат передать наружность всех нейронов, понадобилось высветить 1 млрд точек, каждая из которых требует 100 Гб управленческой информации.

"По завершении второго этапа "рабочей вахты" в модель можно будет вводить инфу о генетических и молекулярных качествах нейронов и связях между ними", - делится размышлениями ко-директор Института мозговой активности Генри Маркрам. Такая детальная симуляция позволит исследовать процессы, происходящие в мозге при нарушении генетической инфы или воздействии лекарств на молекулярную среду.

Дмитрий Фиалковский

Keywords: