Суперкомпьютер Blue Gene: от синтеза белков к моделированию человеского мозга
Компания IBM и исследователи из Швейцарского политехнического института в Лозанне впервые предприняли попытку моделирования человеческого мозга вплоть до молекулярного уровня.
|
Для моделирования мозга будет использован суперкомпьютер Blue Brain, версия суперкомпьютера Blue Gene/L — машины, в тысячу раз более мощной, чем знаменитый Deep Blue, с которым в 1997 году играл в шахматы чемпион мира Гарри Каспаров. (Первоначальной миссией Blue Gene было решение сложнейшей вычислительной задачи по прогнозированию на основании законов физики процесса синтеза сложных белков, таких как гемоглобин, из цепочек биохимических компонентов в соответствии с программой, заложенной в ДНК.) Организаторы проекта Blue Brain надеются, что создаваемая ими модель позволит лучше понять некоторые аспекты работы человеческого разума, такие как восприятие, память и, может быть, даже собственно сознание, пишет журнал New Scientist.
|
По мнению Генри Маркхама, директора Института мозга и разума Швейцарской высшей политехнической школы в Лозанне (EPFL), Blue Brain может стать первой в мире моделью, имитирующей деятельность головного мозга и при этом обладающей достаточной вычислительной мощностью (а пиковая мощность Blue Gene достигает 22,8 триллионов операций с плавающей точкой в секунду), чтобы работать в режиме реального времени. Помимо демонстрации процесса «электрического кодирования» воспринимаемой мозгом окружающей его «реальности», Blue Brain может оказать определенную помощь в выявлении «сбойных» участков мозга, появление которых влечет за собой развитие психических расстройств вроде аутизма, шизофрении и различных депрессивных состояний.
Несмотря на всю важность «железной» составляющей Blue Brain, ключевой частью проекта станет опять-таки самая полная в мире компьютерная модель неокортекса (наиболее позднего, «высшего» отдела головного мозга; у человека поверхность неокортекса занимает 95,6% всей поверхности коры головного мозга), для создания которой группе Маркхама потребовалось целое десятилетие. Воспользовавшись самыми современными технологиями, ученым удалось изучить принципы электрического взаимодействия отдельных нейронов и составить набор правил, моделирующих связки между нейронами разных типов. Чтобы составить такую «карту», исследователям пришлось воспользоваться тончайшими срезами мышиного мозга, подвергнутыми тщательному электрическому зондированию.
В самом начале проекта его организаторы намерены смоделировать электрическую структуру «неокортексных колонок» — нейронных микросхем, из совокупности которых, по некоторым представлениям, состоит собственно неокортекс. В каждую из таких колонок размером 0,5 х 2 мм входят от 10 000 до 70 000 нейронов в зависимости от вида млекопитающего.
Первая стадия проекта будет считаться выполненной после «картографирования» и моделирования поведения колонок. На основании полученных данных будет построена модель всего неокортекса (и в конце концов — собственно мозга), а также молекулярная модель входящих в него нейронов. Согласно предварительным расчетам, на построение полностью работоспособной модели человеческого мозга потребуется не менее десяти лет. Только по истечении этого срока законченный «продукт» можно будет использовать в научных экспериментах.
