Pokrok v simulační neurovědě díky superpočítači Fugaku
Mezinárodní tým vědců využil superpočítač Fugaku k vytvoření dosud nejkomplexnější simulace mozku. Tento úspěch představuje významný pokrok v počítačové neurovědě, jelikož umožňuje studovat mechanismy a onemocnění nervového systému ve virtuálním prostředí, aniž by bylo nutné uchylovat se k pokusům na zvířatech.
Historie v simulaci mozku
Model je založen na mozku myši, ale jeho význam přesahuje zvířecí realm, protože otevírá cestu k budoucím simulacím mozku člověka. Všestrannost tohoto digitálního dvojníka umožňuje vědcům provádět více experimentů současně, což nebylo možné s reálnými mozky. Je tak možné analyzovat účinky léku proti Alzheimerově chorobě a současně zkoumat přenos záchvatů mezi neurony, a to vše bez poškození jakéhokoli živého tvora.
Výkon superpočítače Fugaku
Superpočítač Fugaku, který vyvinuly společnosti RIKEN a Fujitsu v Japonsku, se vyznačuje ohromující výpočetní silou. Jeho schopnost provádět více než 400 kvadrilionů operací za sekundu je tak vysoká, že kdyby se člověk pokusil každou operaci odpočítat nahlas, trvalo by mu to více než 12.700 milionů let.
Technologie a aplikace simulace
Tento obrovský výkon je dosažen díky sestavení 158.796 uzlů, které fungují jako malé počítače pracující paralelně. Fugaku je zásadní nejen pro neurovědu, ale také se používá v oblastech prevence katastrof, energetiky, výroby a sociálních aplikací, protože umožňuje analyzovat nespočet scénářů a vybírat nejlepší řešení.
Proces simulace mozku se opíral o Brain Modeling ToolKit, vyvinutý Allenovým institutem ve Washingtonu, který umožnil převést biologická data na funkční digitální rekonstrukci kůry mozku myši. Aby vědci replikovali neuronální chování, použili nástroj Neulite, který umí převádět matematické rovnice na virtuální neurony, jež střílejí, přenášejí signály a komunikují tak, jak to dělají skutečné neurony.
Výsledkem je digitální mozek, jehož synapse mezi neurony umožňují přenos neurotransmiterů a šíření signálů ve formě vln, čímž přesně napodobují fungování biologického mozku. Tato platforma umožňuje studovat různé stavy mozku, jako je bdělost, spánek, užívání látek nebo nástup onemocnění, jednoduše změnou určitých parametrů v simulaci.
Aplikace tohoto pokroku jsou rozmanité a slibují transformaci výzkumu v neurovědě. Možnost experimentovat bez poškození zvířat, spolu s možností provádět simultánní a přizpůsobené testy, otevírá nové cesty pro vývoj léčby a porozumění mozkovým mechanismům. Navíc tento úspěch anticipuje budoucí simulace lidského mozku, což by mohlo revolučně změnit studium neurologických patologíí a vývoj léků.
Dopad superpočítačů jako Fugaku přesahuje technologii. Jejich přínos vědě a společnosti se odráží v příkladech jako je tento, kde se hranice mezi výpočetní technikou a biologií rozmazává, aby nabídla inovativní řešení složitým výzvám.
