Süper bilgisayar fare beyninin en gerçekçi simülasyonunu oluşturdu

Beyin işlevlerini anlamak oldukça zorlayıcı bir görevdir; zira canlı beyin dokusu üzerinde doğrudan müdahale ve inceleme yapılması pratik açıdan mümkün değildir. Ancak bilim insanları artık yeni bir çözüme sahiptir: bir farenin beyninin kapsamlı bir bilgisayar simülasyonu. Bu simülasyon, şimdiye kadar bir araya getirilen en detaylı beyin modellerinden biri olup, Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif rahatsızlıkların daha derinlemesine incelenmesine ve modellenmesine imkan tanıyabilir.

Devasa bir dijital beyin yapısı

Fare beyninin tamamını modelleyen bu simülasyon, insan beyninin büyüklüğü ve karmaşıklığına ulaşmasa da, insanlar ve kemirgenler arasındaki beyin yapısı benzerliğinden dolayı son derece değerli bir araştırma aracı haline gelmiştir. Sanal beyin yapısı, 9 milyon nöron ile 26 milyar sinaps (nöronlar arasındaki bağlantı noktaları) içermektedir. Beyin simülasyonunda birbirine bağlı 86 farklı bölge bulunmakta ve her saniye katrilyonlarca hesaplama işlemi gerçekleştirilmektedir. Bunu perspektife koymak gerekirse, gerçek ve tam bir fare beyninin, kabaca bir badem büyüklüğündeki alanda yaklaşık 70 milyon nöron barındırdığı göz önüne alındığında, bu simülasyonun ne kadar ileri bir teknolojik başarı olduğu daha iyi anlaşılmaktadır.

Allen Enstitüsü'nden hesaplamalı sinirbilimci Anton Arkhipov, bu başarının önemini vurgulayarak, "Bu, kapının açık olduğunu gösteriyor. Bu tür beyin simülasyonlarını yeterli bilgi işlem gücüyle etkili bir şekilde çalıştırabiliriz" demiştir. Arkhipov, aynı zamanda bunun çok daha büyük modellerin sadece mümkün olmadığını, aynı zamanda hassasiyet ve ölçek açısından ulaşılabilir olduğuna dair araştırmacılara güven veren teknik bir dönüm noktası olduğunu belirtmiştir.

Araştırma ve hastalık modellemesinde yeni olanaklar

Simülasyonun sunduğu karmaşıklık ve detay seviyesi, araştırmacıların biliş, bilinç ve hastalık mekanizmalarının beyin boyunca nasıl yayıldığını izlemelerine olanak tanımaktadır. Bu, bireysel nöronların ateşlenmesini ve birbirleriyle bağlanmasını gösteren üç boyutlu, hareketli bir harita oluşturmayı mümkün kılmıştır. Araştırmacılar, bu simülasyonun nöbetlerin beyinde nasıl yayıldığına veya beyin dalgalarının odaklanmaya nasıl katkıda bulunduğuna dair hipotezleri test etmek için kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Bu sayede, tekrarlanan, invaziv ve fiziksel beyin taramalarına ihtiyaç kalmadan çeşitli nörolojik fenomenler incelenebilecektir.

Gerekli hesaplama gücü, Japonya'da bulunan Fugaku süper bilgisayarı tarafından sağlanmıştır. Fugaku, mevcut hücre veritabanları ve sinaptik bağlantı haritaları üzerine inşa edilerek, bu muazzam simülasyonun gerçekleştirilmesini mümkün kılmıştır. Araştırma ekibi, beyin aktivitesini daha verimli bir şekilde işlemek ve gereksiz hesaplamaları minimumda tutmak amacıyla yeni yazılımlar da geliştirmiştir.