Japonský superpočítač Fugaku pomohl vytvořit dosud nejdetailnější digitální model mozkové kůry myši – se 10 miliony neuronů a miliardami synapsí. Tento přelom otevírá nové možnosti pro výzkum mozku, vývoj léků i inspiraci pro budoucí umělou inteligenci.
Japonský superpočítač Fugaku, který donedávna držel titul nejrychlejšího stroje na světě, se stal klíčovým hráčem v oblasti neurověd. Tým vědců z amerického Allen Institute (USA) a Univerzity elektro-komunikací se sídlem v Tokiu využil jeho obrovský výkon k vytvoření jedné z nejdetailnějších simulací mozkové kůry myši, jaká kdy vznikla. Projekt představuje zásadní krok směrem k digitálnímu modelování mozku – oblasti, která může změnit medicínu i budoucí vývoj umělé inteligence.
Superpočítač dokázal vytvořit detailní model myšího mozku
Model, který Fugaku vygeneroval, zahrnuje přibližně 10 milionů neuronů a 26 miliard synapsí, což odpovídá kompletnímu zmapování myší mozkové kůry. Každý jednotlivý neuron je přitom reprezentován jako komplexní struktura složená z mnoha dílčích částí, aby bylo možné zachytit nejen přenos elektrických signálů, ale i biochemické procesy probíhající uvnitř buněk.
Výpočet jedné sekundy reálné mozkové aktivity trval díky využití superpočítače Fugaku zhruba 32 sekund, což ukazuje, jak extrémně náročné jsou tyto simulace i pro nejvýkonnější stroje světa.
Význam simulace pro výzkum i aplikace
Takto detailní modely umožňují vědcům zkoumat fungování mozku na úrovni, která dosud nebyl kvůli technologickým omezením dostupná. Výzkumníci tak mohou testovat nejrůznější hypotézy o vzniku neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova nemoc nebo epilepsie, a hledat nové možnosti léčby. Využití přístupu in silico výrazně zrychluje celý výzkum a vývoj. Namísto finančně i časově náročných experimentů na živých organismech lze provádět simulace a analyzovat výsledky v řádu hodin.
Kromě Japonska mapuje nervovou síť i Evropa
Vývoj superpočítače Fugaku byl zahájen ve výzkumném institutu Riken v japonském městě Kobe již v roce 2014. Stroj je poháněn mikroprocesorem A64FX společnosti Fujitsu, a disponuje tak výkonem přes 442 petaflops (tedy 442 × 1015 FLOPS). Fugaku byl od svého počátku předurčen k širokému spektru úloh – od pokročilých klimatických simulací až po vývoj nových léčiv. Projekt modelace mozkové kůry myší ukazuje, jak univerzální jsou možnosti současných superpočítačů, které dokáží vzájemně propojovat chemii, biologii, matematiku a informatiku do jednoho komplexního celku.
Správné porozumění vnitřní struktuře mozkové tkáně může vědcům pomoci s vývojem nových technologií i léčebných metod. Superpočítače tento proces mnohonásobně zrychlují. Foto: Unsplash
Podobné projekty vznikají i jinde ve světě. Nedávno jsme například informovali o mapování myšího mozku pod záštitou Mezinárodní laboratoře pro výzkum mozku (IBL). Švýcarský federální technologický institut v Lausanne (EPFL) pro změnu pracuje na syntetických mapách propojení celého mozku – tzv. digitálních konektomech. Předběžné výsledky ukazují vysokou míru přesnosti v porovnání se skutečným orgánem. Všechny tyto iniciativy směřují k jednomu cíli: pochopit mozek natolik, aby bylo možné léčit jeho poruchy a inspirovat se jím při tvorbě umělé inteligence nové generace.
