211service.com
Darba smadzeņu modelis
Vērienīgs projekts, lai izveidotu precīzu smadzeņu datormodeļu, ir sasniedzis iespaidīgu pavērsienu. Šveices zinātnieki, kas strādā ar IBM pētniekiem, ir parādījuši, ka viņu neokortikālās kolonnas datorsimulācija, kas, iespējams, ir zīdītāja smadzeņu vissarežģītākā daļa, šķiet, uzvedas tāpat kā tā bioloģiskais līdzinieks. Pierādot, ka viņu simulācija ir reāla, pētnieki saka, ka šie rezultāti liecina, ka veselas zīdītāju smadzenes varētu pilnībā modelēt trīs gadu laikā un cilvēka smadzenes nākamajā desmitgadē.
Smadzeņu spēks: Šis attēlojums parāda 10 000 neironu un 30 miljonu savienojumu savienojamību, kas veido vienu neokortikālo kolonnu. (Dažādas krāsas atbilst dažādiem elektriskās aktivitātes līmeņiem.) Izveidojuši bioloģiski precīzu neokortikālās kolonnas datormodeli, zinātnieki tagad plāno modelēt visas cilvēka smadzenes tikai 10 gadu laikā.
Tas, ko mēs darām, ir smadzeņu reversā inženierija, saka Henrijs Markrams , Brain Mind Institute līdzdirektors Ecole Polytechnique Fédérale de Losanne, Šveicē, kurš vadīja darbu, sauca par Zilās smadzenes projekts, kas sākās 2005. gadā. (Skatīt IBM: The Computer Brain .) Atdarinot smadzeņu uzvedību līdz pat atsevišķam neironam, pētnieku mērķis ir izveidot modelēšanas rīku, ko neirozinātnieki var izmantot eksperimentu veikšanai, hipotēžu pārbaudei, un analizēt narkotiku ietekmi efektīvāk, nekā tās varētu, izmantojot īstus smadzeņu audus.
Smadzeņu daļas modelis tika pabeigts pagājušajā gadā, stāsta Markram. Bet tagad, pēc plašas pārbaudes, salīdzinot tās uzvedību ar bioloģisko eksperimentu rezultātiem, viņš ir apmierināts, ka simulācija ir pietiekami precīza, lai pētnieki varētu turpināt ar pārējām smadzenēm.
Tas ir pārsteidzošs darbs, saka Tomass Serre , MIT skaitļošanas-neirozinātnes pētnieks. Tam, visticamāk, būs milzīga ietekme uz neirozinātni.
Projekts sākās ar sākotnējo mērķi modelēt 10 000 neironu un 30 miljonus sinaptisko savienojumu, kas veido žurkas neokortikālo kolonnu, kas ir galvenais zīdītāju garozas bloks. Neokortikālā kolonna tika izvēlēta kā sākumpunkts, jo tā ir plaši atzīta par īpaši sarežģītu, ar neviendabīgu struktūru, kas sastāv no daudziem dažādiem sinapses un jonu kanālu veidiem. Nav jēgas sapņot par smadzeņu modelēšanu, ja nevarat modelēt nelielu daļu no tām, saka Markram.
Pats modelis ir balstīts uz 15 gadu eksperimentāliem datiem par neironu morfoloģiju, gēnu ekspresiju, jonu kanāliem, sinaptisko savienojumu un žurku neokortikālo kolonnu elektrofizioloģiskajiem ierakstiem. Pēc tam tika izstrādāti programmatūras rīki, lai apstrādātu šo informāciju un automātiski rekonstruētu fizioloģiski precīzus neironu un to savstarpējo savienojumu 3-D modeļus.
Savienojiet punktus: Zīdītāju neokortikālās kolonnas attēlojums, kas ir garozas pamatelements. Attēlojums parāda šīs smadzeņu daļas sarežģītību, kas tagad ir modelēta, izmantojot superdatoru.
Kredīts: GDP/EPFL
Neironu ķēdes tika pārbaudītas, simulējot īpašus ievades stimulus un redzot, kā ķēdes uzvedās, salīdzinot ar bioloģiskajos eksperimentos. Kad parādījās nepilnības zināšanās par to, kā bija jāuzvedas noteiktām modeļa daļām, zinātnieki atgriezās laboratorijā un veica eksperimentus, lai noteiktu uzvedības veidus, kas ir jāatkārto. Faktiski aptuveni trešā daļa no 35 pētnieku komandas bija veltīta šādu eksperimentu veikšanai, saka Markram.
Iteratīvā testēšanas procesā simulācija ir pakāpeniski pilnveidota līdz vietai, kur Markram ir pārliecināts, ka tā uzvedas kā īsta neokortikāla kolonna.
Tomēr neviens no šiem rezultātiem līdz šim nav publicēts recenzētajā literatūrā, saka Kristofs Kohs , Caltech bioloģijas un inženierzinātņu profesors. Un šis nebūt nav pirmais smadzeņu datormodelis, viņš norāda. Viņš saka, ka tas ir evolūcijas process, nevis revolucionārs. Jau 1989. gadā Kohs izveidoja 10 000 neironu simulāciju, kaut arī daudz vienkāršākā modelī.
Turklāt Kohs ir skeptisks par to, cik ātri smadzeņu modelis var progresēt. Jebkuri apgalvojumi, ka cilvēka smadzenes var modelēt 10 gadu laikā, ir tik smieklīgi, ka nav vērts tos apspriest, viņš saka.
Žurku smadzenēs ir aptuveni 200 miljoni neironu, savukārt cilvēka smadzenēs ir aptuveni 50 līdz 100 miljardi neironu. Tas ir liels pieaugums, atzīst Markram.
Taču viņš ir pārliecināts, ka viņa modelis ir pietiekami izturīgs, lai to varētu paplašināt uz nenoteiktu laiku. Turklāt viņš uzskata, ka modeļa detalizācijas līmeni var uzlabot arī tālāk. Tas ir diezgan augstā izšķirtspējā, viņš saka. Tas joprojām ir šūnu līmenī, bet mēs vēlamies aplūkot molekulāro līmeni. Tas ļautu veikt uz simulāciju balstītu zāļu testēšanu, parādot, kā konkrētas molekulas ietekmē olbaltumvielas, receptorus un fermentus.
Es nebūtu pārsteigts, ja viņi to varētu izdarīt, saka Serre. Tomēr nav skaidrs, ko viņi no tā varētu iegūt, viņš saka. Ja vēlaties, lai šis modelis būtu noderīgs, jums ir jāspēj saprast, kā uzvedība ir saistīta ar konkrētām smadzeņu funkcijām. Pagaidām nav skaidrs, vai projekts Blue Brain to ir paveicis, viņš saka.