Projekt Niebieski Mózg

Blue Brain Project to szwajcarska inicjatywa badawcza mózgu, której celem jest stworzenie cyfrowej rekonstrukcji mózgu myszy. Projekt został założony w maju 2005 roku przez Instytut Mózgu i Umysłu École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii. Jego misją jest wykorzystanie biologicznie szczegółowych rekonstrukcji cyfrowych i symulacji mózgu ssaków w celu określenia podstawowych zasad budowy i funkcji mózgu.

Projektem kieruje dyrektor-założyciel Henry Markram — który również zainicjował europejski projekt ludzkiego mózgu — a współreżyserują go Felix Schürmann, Adriana Salvatore i Sean Hill . Wykorzystując superkomputer Blue Gene z systemem NEURON Michaela Hinesa , symulacja obejmuje biologicznie realistyczny model neuronów i empirycznie zrekonstruowany konektom modelu .

Istnieje szereg współpracy, w tym Cajal Blue Brain , koordynowany przez Centrum Superkomputerowo-Wizualne w Madrycie (CeSViMa), oraz inne prowadzone przez uniwersytety i niezależne laboratoria.

Bramka

Początkowym celem projektu, który zakończono w grudniu 2006 r., było stworzenie symulowanej kolumny kory nowej szczura , która przez niektórych badaczy uważana jest za najmniejszą jednostkę funkcjonalną kory nowej odpowiedzialnej za wyższe funkcje, takie jak jako świadoma myśl . U ludzi każda kolumna ma około 2 mm (0,079 cala) długości, średnicę 0,5 mm (0,020 cala) i zawiera około 60 000 neuronów. kory nowej szczura mają bardzo podobną budowę, ale zawierają tylko 10 000 neuronów i 108 synaps . W latach 1995-2005 Markram mapował typy neuronów i ich połączenia w takiej kolumnie.

Postęp

Do 2005 roku ukończono pierwszy model komórkowy. Pierwsza sztuczna komórkowa kolumna kory nowej składająca się z 10 000 komórek została zbudowana do 2008 r. Do lipca 2011 r. Zbudowano komórkowy mezoobwód składający się ze 100 kolumn kory nowej z łącznie milionem komórek. Komórkowy mózg szczura został zaplanowany [ wymaga aktualizacji ] na rok 2014 ze 100 mezoobwodami, w sumie sto milionów komórek. Przewiduje się, że do 2023 r. możliwe będzie zbudowanie ludzkiego mózgu odpowiadającego 1000 mózgom szczurów, zawierającego w sumie sto miliardów komórek.

W listopadzie 2007 r. w ramach projektu ogłoszono zakończenie pierwszej fazy, polegającej na stworzeniu opartego na danych procesu tworzenia, weryfikowania i badania kolumny kory nowej.

W 2015 roku naukowcy z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) opracowali ilościowy model nieznanego wcześniej związku między astrocytami komórek glejowych a neuronami. Model ten opisuje zarządzanie energią w mózgu poprzez funkcję neuro-glejowej jednostki naczyniowej (NGV). Dodatkowa warstwa komórek neuronowo-glejowych jest dodawana do modeli Blue Brain Project w celu poprawy funkcjonalności systemu.

W 2017 roku Blue Brain Project odkrył, że kliki neuronowe łączą się ze sobą aż w jedenastu wymiarach. Dyrektor projektu zasugerował, że trudność w zrozumieniu mózgu wynika częściowo z faktu, że matematyka zwykle stosowana do badania sieci neuronowych nie jest w stanie wykryć tak wielu wymiarów. Projekt Blue Brain był w stanie modelować te sieci za pomocą topologii algebraicznej .

W 2018 roku firma Blue Brain Project wydała swój pierwszy cyfrowy atlas komórek mózgowych 3D , który według ScienceDaily przypomina „przejście od ręcznie rysowanych map do Google Earth”, dostarczając informacji o głównych typach, liczbach i pozycjach komórek w 737 regionach mózgu. mózg.

W 2019 roku Idan Segev, jeden z neurobiologów obliczeniowych pracujących nad Blue Brain Project, wygłosił wykład zatytułowany: „Mózg w komputerze: czego nauczyłem się z symulacji mózgu”. W swoim przemówieniu wspomniał, że cała kora mózgowa myszy jest kompletna i wkrótce rozpoczną się wirtualne eksperymenty EEG. Wspomniał również, że model stał się zbyt ciężki dla superkomputerów, których używali w tamtym czasie, i że konsekwentnie badali metody, w których każdy neuron mógłby być reprezentowany jako sztuczna sieć neuronowa (szczegóły w cytowaniu ) .

W 2022 roku naukowcy z Blue Brain Project wykorzystali topologię algebraiczną do stworzenia algorytmu Topological Neuronal Synthesis, który generuje dużą liczbę unikalnych komórek przy użyciu tylko kilku przykładów, syntetyzując miliony unikalnych morfologii neuronów. To pozwala im replikować zarówno zdrowe, jak i chore stany mózgu. W artykule Kenari i in. byli w stanie cyfrowo zsyntetyzować morfologie dendrytyczne z mózgu myszy za pomocą tego algorytmu. Zmapowali całe regiony mózgu z zaledwie kilku komórek referencyjnych. Ponieważ jest to oprogramowanie typu open source, umożliwi to modelowanie chorób mózgu i ostatecznie algorytm może doprowadzić do powstania cyfrowych bliźniaków mózgów.

Oprogramowanie

W ramach projektu Blue Brain opracowano szereg programów do rekonstrukcji i symulacji mózgu myszy.

Nexus niebieskiego mózgu

Blue Brain Nexus to platforma integracji danych, która wykorzystuje wykres wiedzy , aby umożliwić użytkownikom wyszukiwanie, deponowanie i organizowanie danych. Opiera się na danych FAIR , aby zapewnić elastyczne rozwiązania do zarządzania danymi wykraczające poza badania neuronaukowe. Jest to oprogramowanie typu open source i dostępne dla wszystkich na GitHub .

BluePyOpt

BluePyOpt to narzędzie służące do budowy elektrycznych modeli pojedynczych neuronów. W tym celu wykorzystuje algorytmy ewolucyjne , aby ograniczyć parametry do eksperymentalnych danych elektrofizjologicznych. Próby rekonstrukcji pojedynczych neuronów za pomocą BluePyOpt opisali Rosanna Migliore i Stefano Masori. Jest to oprogramowanie typu open source i dostępne dla wszystkich na GitHub .

rdzeńNEURON

CoreNEURON to narzędzie uzupełniające NEURON , które umożliwia symulację na dużą skalę poprzez zwiększenie wykorzystania pamięci i szybkości obliczeniowej. Jest to oprogramowanie typu open source i dostępne dla wszystkich na GitHub .

NeuroMorphoVis

NeuroMorphoVis to narzędzie do wizualizacji morfologii neuronów. Jest to oprogramowanie typu open source i dostępne dla wszystkich na GitHub .

SONATA

SONATA jest wspólnym przedsięwzięciem Blue Brain Project i Allen Institute for Brain Science , mającym na celu opracowanie standardu formatu danych, który realizuje wieloplatformowe środowisko pracy z większą pamięcią obliczeniową i wydajnością. Jest to oprogramowanie typu open source i dostępne dla wszystkich na GitHub .

Finansowanie

Projekt jest finansowany głównie ze środków rządu szwajcarskiego oraz grantu flagowego Future and Emerging Technologies (FET) Komisji Europejskiej , a także z dotacji i darowizn od osób prywatnych. EPFL kupił komputer Blue Gene po obniżonych kosztach, ponieważ był to wciąż prototyp, a IBM był zainteresowany zbadaniem, jak aplikacje będą działać na maszynie. BBP był postrzegany jako potwierdzenie Blue Gene .

Powiązane projekty

Błękitny mózg Cajala

Cajal Blue Brain użył superkomputera Magerit ( CeSViMa )

Projekt Cajal Blue Brain jest koordynowany przez Uniwersytet Techniczny w Madrycie pod kierownictwem Javiera de Felipe i wykorzystuje wyposażenie Centrum Superkomputerowo-Wizualizacyjnego w Madrycie oraz jego superkomputer Magerit . Instytut Cajala również uczestniczy w tej współpracy. Główne kierunki badań prowadzonych obecnie w Cajal Blue Brain obejmują eksperymenty neurologiczne i symulacje komputerowe. Nanotechnologia w postaci nowo zaprojektowanego mikroskopu mózgowego odgrywa ważną rolę w jej planach badawczych.

film dokumentalny

Noah Hutton tworzył film dokumentalny In Silico przez 10 lat. Film został wydany w kwietniu 2021 roku. Film obejmuje „zmiany celów i punktów orientacyjnych” projektu Blue Brain, a także dramat „W końcu nie chodzi o naukę. Chodzi o uniwersalia władzy, chciwość, ego i sława”.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Blue_Brain_Project&oldid=1137911574 ”