211service.com
Veikiančių smegenų modelis
Ambicingas projektas, skirtas sukurti tikslų kompiuterinį smegenų modelį, pasiekė įspūdingą etapą. Šveicarijos mokslininkai, dirbantys su IBM tyrėjais, parodė, kad jų kompiuterinis neokortikinės kolonos, be abejonės, sudėtingiausios žinduolių smegenų dalies, modeliavimas, atrodo, elgiasi kaip jo biologinis atitikmuo. Įrodydami, kad jų modeliavimas yra realus, teigia mokslininkai, šie rezultatai rodo, kad visos žinduolių smegenys gali būti visiškai sumodeliuotos per trejus metus, o žmogaus – per ateinantį dešimtmetį.
Smegenų galia: Šis vaizdas rodo 10 000 neuronų ir 30 milijonų jungčių, sudarančių vieną neokortikinį stulpelį, ryšį. (Skirtingos spalvos atitinka skirtingus elektrinio aktyvumo lygius.) Sukūrę biologiškai tikslų kompiuterinį neokortikinės kolonos modelį, mokslininkai dabar planuoja sumodeliuoti visas žmogaus smegenis vos per 10 metų.
Tai, ką mes darome, yra smegenų atvirkštinė inžinerija, sako Henris Markramas , Smegenų proto instituto prie Ecole Polytechnique Fédérale de Losanne, Šveicarijoje, vienas direktorius, kuris vadovavo darbui, pavadino Mėlynos smegenys projektą, kuris prasidėjo 2005 m. (Žr. IBM: The Computer Brain .) Imituodami smegenų elgesį iki atskiro neurono, mokslininkai siekia sukurti modeliavimo įrankį, kurį neurologai galėtų naudoti eksperimentams vykdyti, hipotezėms tikrinti, ir efektyviau analizuoti vaistų poveikį, nei galėtų panaudoti tikrą smegenų audinį.
Smegenų dalies modelis buvo baigtas praėjusiais metais, sako Markram. Tačiau dabar, atlikęs išsamius bandymus, lygindamas jo elgesį su biologinių eksperimentų rezultatais, jis įsitikinęs, kad modeliavimas yra pakankamai tikslus, kad mokslininkai galėtų tęsti likusią smegenų dalį.
Tai nuostabus darbas, sako Tomas Serras MIT kompiuterinių neuromokslų tyrinėtojas. Tikėtina, kad tai turės didžiulį poveikį neuromokslams.
Projektas prasidėjo nuo pradinio tikslo modeliuoti 10 000 neuronų ir 30 milijonų sinapsinių jungčių, sudarančių žiurkės neokortikinę koloną – pagrindinį žinduolių žievės bloką. Neokortikinė kolonėlė buvo pasirinkta kaip atspirties taškas, nes plačiai pripažįstama, kad ji yra ypač sudėtinga, turinti nevienalytę struktūrą, kurią sudaro daugybė skirtingų tipų sinapsių ir jonų kanalų. Nėra prasmės svajoti apie smegenų modeliavimą, jei negalite modeliuoti nedidelės jų dalies, sako Markram.
Pats modelis yra pagrįstas 15 metų eksperimentiniais duomenimis apie neuronų morfologiją, genų ekspresiją, jonų kanalus, sinapsinį ryšį ir žiurkių neokortikinių kolonų elektrofiziologinius įrašus. Tada buvo sukurti programinės įrangos įrankiai, skirti apdoroti šią informaciją ir automatiškai atkurti fiziologiškai tikslius 3-D neuronų modelius ir jų tarpusavio ryšius.
Sujunkite taškus: Žinduolių neokortikinės kolonos, pagrindinės žievės statybinės medžiagos, vaizdas. Vaizdas parodo šios smegenų dalies, kuri dabar buvo modeliuojama naudojant superkompiuterį, sudėtingumą.
Kreditas: GDP/EPFL
Neuronų grandinės buvo išbandytos imituojant specifinius įvesties dirgiklius ir matant, kaip grandinės elgiasi, palyginti su biologiniais eksperimentais. Atsiradus žinių apie tai, kaip turėtų elgtis tam tikros modelio dalys, spragų, mokslininkai grįžo į laboratoriją ir atliko eksperimentus, siekdami nustatyti elgsenos rūšis, kurias reikia atkurti. Tiesą sakant, maždaug trečdalis 35 tyrėjų komandos buvo skirta tokiems eksperimentams, sako Markram.
Atliekant kartotinį testavimo procesą, modeliavimas palaipsniui buvo patobulintas iki taško, kai Markram įsitikinęs, kad jis elgiasi kaip tikra neokortikinė kolona.
Tačiau nė vienas iš šių rezultatų iki šiol nebuvo paskelbtas recenzuojamoje literatūroje, sako Kristofas Kochas , Caltech biologijos ir inžinerijos profesorius. Ir tai jokiu būdu nėra pirmasis kompiuterinis smegenų modelis, pažymi jis. Jis sako, kad tai evoliucinis procesas, o ne revoliucinis. Jau 1989 m. Kochas sukūrė 10 000 neuronų modeliavimą, nors ir kur kas paprastesnį modelį.
Be to, Kochas skeptiškai vertina tai, kaip greitai gali progresuoti smegenų modelis. Bet kokie teiginiai, kad žmogaus smegenis galima sumodeliuoti per 10 metų, yra tokie juokingi, kad neverta diskutuoti, sako jis.
Žiurkių smegenyse yra apie 200 milijonų neuronų, o žmogaus smegenyse – nuo 50 iki 100 milijardų neuronų. Tai didelis mastas, pripažįsta Markram.
Tačiau jis įsitikinęs, kad jo modelis yra pakankamai tvirtas, kad jį būtų galima išplėsti neribotą laiką. Be to, jis mano, kad modelio detalumo lygis taip pat gali būti padidintas. Jis sako, kad tai gana didelė raiška. Tai vis dar yra ląstelių lygyje, bet mes norime pažvelgti į molekulinį lygį. Taip būtų galima atlikti modeliavimu pagrįstą vaistų testavimą, parodant, kaip konkrečios molekulės veikia baltymus, receptorius ir fermentus.
Nenustebčiau, jei jie galėtų tai padaryti, sako Serre. Tačiau neaišku, ką jie iš to galėtų gauti, sako jis. Jei norite, kad šis modelis būtų naudingas, turite suprasti, kaip elgesys yra susijęs su konkrečiomis smegenų funkcijomis. Kol kas neaišku, ar projektas „Blue Brain“ tai padarė, sako jis.