Oamenii de știința creeaza o simulare pe supercomputer capabila sa arate cum funcționeaza creierul, neuron cu neuron

Crearea unui creier virtual poate suna ca un scenariu SF înspaimântator, dar pentru neurocercetatorii din Japonia și de la Allen Institute din Seattle reprezinta un pas major catre un vis urmarit de mult timp.

Articol editat de Cristian Barbu, 17 noiembrie 2025, 10:30 / actualizat: 20 noiembrie 2025, 10:39

Cercetatorii afirma ca simularea lor a cortexului unui șoarece, rulata pe unul dintre cele mai rapide supercomputere din lume, ar putea deschide calea spre înțelegerea mecanismelor din spatele unor boli precum Alzheimer și epilepsia — și poate chiar spre elucidarea misterelor conștiiei.

„Aceasta arata ca usa este deschisa”, a declarat astazi Anton Arkhipov, cercetator la Allen Institute, într-un comunicat. „Este un reper tehnic care ne ofera încrederea ca modele mult mai mari nu doar ca sunt posibile, ci realizabile cu precizie și la scara.”

Arkhipov și colegii sai descriu proiectul într-o lucrare prezentata saptamâna aceasta, la St. Louiº în cadrul conferinței SC25 dedicata calculului de înalta performanța. Simularea modeleaza activitatea întregului cortex de șoarece, incluzând aproape 10 milioane de neuroni conectați prin 26 de miliarde de sinapse.

Pentru a crea simularea, cercetatorii au introdus date din Allen Cell Types Database și Allen Connectivity Atlas în supercomputerul Fugaku, un cluster dezvoltat de Fujitsu și Centrul RIKEN pentru știința Computa?ionala din Japonia. Fugaku este capabil sa execute peste 400 cvadrilioane de opera?ii pe secunda (400 petaflops).

Setul masiv de date a fost transformat într-un model 3D folosind Brain Modeling ToolKit al Allen Institute. Un program numit Neulite a animat neuronii virtuali, permițându-le sa interacționeze asemenea celulelor reale.

Oamenii de știința au rulat simularea în mai multe scenarii, inclusiv un experiment care a folosit întreaga configurație Fugaku pentru a modela cortexul complet al unui șoarece.

„În simularea noastra, fiecare neuron este modelat ca un arbore mare de compartimente care interacționeaza — sute de compartimente per neuron”, a explicat Arkhipov într-un comentariu transmis publicației GeekWire. „Cu alte cuvinte, captam anumite structuri ?i dinamici subcelulare din interiorul fiecarui neuron.”

În cadrul simularii la scara completa, a fost nevoie de doar 32 de secunde pentru a simula o secunda de activitate reala din creierul unui șoarece. „Acest nivel de performan?a — de 32 de ori mai lent decât timpul real — este foarte impresionant pentru un sistem de asemenea dimensiuni și complexitate”, a spus Arkhipov. „Nu este neobi?nuit ca simulari foarte detaliate (chia și mult mai mici decât a noastra) sa fie de mii de ori mai lente.”

Cercetatorii recunosc însa ca e nevoie de mult mai multa munca pentru a transforma simularea într-un model capabil sa urmareasca evolu?ia unei boli neurologice. De exemplu, modelul nu reflecta plasticitatea neuronala, adica abilitatea creierului de a-?i reorganiza conexiunile.

„Un alt aspect lipsa, în afara de plasticitate, este influen?a neuromodulatorilor, iar în pluº nu avem înca o reprezentare detaliata a inputurilor senzoriale în simularile noastre la nivelul întregului cortex”, a spus Arkhipov. „Pentru toate acestea, avem nevoie de mult mai multe date pentru a construi modele mai bune, de?i anumite aproximari ar putea fi implementate ?i testate acum, ca avem deja o simulare func?ionala a cortexului.”

Arkhipov a adaugat ca obiectivul pe termen lung este simularea întregului creier, nu doar a cortexului. „Exista o diferen?a între întregul cortex ?i întregul creier”, a subliniat el. „Cortexul unui ?oarece (?i modelul nostru) con?ine aproximativ 10 milioane de neuroni, în timp ce întregul creier al ?oarecelui are circa 70 de milioane.”

Simularea unui creier uman ar necesita un salt ?i mai mare: doar cortexul con?ine aproximativ 21 de miliarde de neuroni.

Vestea buna este ca un supercomputer suficient de puternic ar putea face posibil acest lucru. „Munca noastra arata ca simularile foarte detaliate, la nivel microscopic, ale unor creiere mai mari pot fi realizabile mai curând decât se credea”, a spus Arkhipov. „Rezultatele sugereaza ca o simulare a întregului creier de maimu?a (cum ar fi cel al unui macac, cu 6 miliarde de neuroni) ar putea rula pe configura?ia completa a sistemului Fugaku.”

Totu?i, Arkhipov a ?inut sa precizeze ca realizarea unui model al creierului pe un supercomputer „nu înseamna ca un astfel de model este complet sau precis”.

„Aici vorbim despre fezabilitatea tehnica a simularilor, iar se pare ca astfel de simulari, chiar ?i la nivelul creierului unei maimu?e, sunt acum la îndemâna”, a spus el. „Dar pentru ca aceste simulari sa devina cu adevarat realiste biologic, este nevoie de mult mai multe date experimentale ?i de mult mai multa munca în construc?ia modelelor.”