Учени създадоха изключително реалистичен дигитален мозък на мишка

Виртуален мозък на мишка осветява нова граница

Ваня Милева Последна промяна на 18 ноември 2025 в 10:47 109 0

Биофизично детайлна симулация на целия кортекс на мишката моделира всеки неврон със субклетъчна резолюция, улавяйки йонния поток и промените в напрежението в многото отделения на всяка разклоняваща се морфология. Невроните са цветово кодирани по кортикалн

Кредит Barry Isralewitz, Kaaya Akira-Tamura, Kael Dai, Laura Green, Beatriz Herrera, Tadashi Yamazaki and Anton Arkhipov
Биофизично детайлна симулация на целия кортекс на мишката моделира всеки неврон със субклетъчна резолюция, улавяйки йонния поток и промените в напрежението в многото отделения на всяка разклоняваща се морфология. Невроните са цветово кодирани по кортикална област и мигат, когато са активни. За по-голяма яснота са показани само 1% от невроните. Симулацията представлява спонтанна кортикална активност в състояние на покой.

Задвижвани от суперкомпютър, който може да извършва квадрилиони изчисления всяка секунда, учени са изградили един от най-детайлните виртуални мозъци, създавани някога.

В съобщение за среща от Института Алън, представено на SC25, изследователите описват биофизично реалистична симулация на целия кортекс на мишката, изградена с помощта на японския суперкомпютър Фугаку (Fugaku), заедно с данни от базата данни за клетъчни типове Алън и Атласа на свързаността на Алън. Международният екип, ръководен от учени от Института Алън и Университета по електрокомуникации, е изградил модел с почти десет милиона неврони и двадесет и шест милиарда синапси, който улавя структурата и електрическото поведение на 86 взаимосвързани мозъчни области.

Наречен ​​инструмент за виртуални експерименти, тази симулация е начин да се задават биологични въпроси в жив модел, който съществува само в силиций.

Вместо да изследват тънки срезове тъкан един по един експеримент, изследователите вече могат да наблюдават вълни от активност, разпространяващи се в кората на главния мозък, да тестват как се развиват гърчовете или да симулират увреждания, свързани с Алцхаймер, докато се предават от една верига към друга. Това, което се очертава, е промяна в начина, по който невронауката може да се прави в мащаб и с бързина, без да се чака всеки нов in vivo експеримент да завърши своя път.

Мащабът на симулацията

Сърцето на това постижение е Фугаку, национален флагман в областта на суперкомпютрите, проектиран от RIKEN и Fujitsu. Той е изграден от 158 976 взаимосвързани възли, разположени в модули, рафтове и стелажи, които заедно управляват стотици квадрилиони операции в секунда. Тази инфраструктура позволява на екипа да трансформира огромни биологични набори от данни в работещ кортекс, използвайки Brain Modeling ToolKit на Института Алън и нов невронен симулатор, наречен Neulite.

Резултатът не е анимация, а функциониращ дигитален кортекс, който се активира, заглушава и реорганизира подобно на биологичния.

"Фугаку се използва за изследвания в широк спектър от области на компютърните науки, като астрономия, метеорология и откриване на лекарства, допринасяйки за решаването на много обществени проблеми", заявява съавторът на изследването Тадаши Ямазаки (Tadashi Yamazaki). "В този случай използвахме Фугаку за симулация на невронна верига."

Тази симулация включва структурни характеристики, чак до разклоняването на дендритите, и електрически детайли, като йонни потоци и колебания на мембранното напрежение в различните отделения. Изследователите описват наблюдението на спонтанна кортикална активност, която се развива в състояние на покой, сякаш гледат директно в живия мозък. С това ниво на детайлност, дори малки смущения, като малка промяна в синаптичната сила, могат да се разпространят в мрежите и да намекнат как разстройствата започват много преди симптомите да се появят.

Нов начин за задаване на биологични въпроси

Моделът представлява едновременно технически етап и изследователска платформа. Той позволява на екипите да тестват хипотези, които преди това изискваха инвазивни записи или генетично модифицирани животински линии. Той също така предлага възможност за репетиране на терапевтични стратегии, настройване на свойствата на веригите, за да се види дали дадена интервенция може да стабилизира неконтролируемата активност или да възстанови балансираната комуникация между регионите.

"Това показва, че вратата е отворена. Можем да провеждаме подобни мозъчни симулации ефективно с достатъчна изчислителна мощност", коментира Антон Архипов (Anton Arkhipov). "Това е технически етап, който ни дава увереност, че много по-големи модели са не само възможни, но и постижими с прецизност и мащаб."

Екипът разглежда това като ранна, но решителна стъпка към пълни симулации на мозъка и в крайна сметка модели в човешки мащаб. Тази амбиция ще изисква още повече данни, по-прецизни биофизични измервания и суперкомпютри от следващо поколение. И все пак принципът вече е демонстриран. Реалистичното моделиране на целия мозък вече не е теоретично. То работи на машина в Япония, неврон по неврон и синапс по синапс, изграждайки дигитален кортекс, който се държи като истинския мозък и отваря нова глава в начина, по който изследваме ума.

Това авангардно изследване е осъществено благодарение на международен екип под ръководството на Института Алън - независима, нестопанска изследователска организация 501(c)(3), основана от филантропа и визионера, покойния Пол Г. Алън. Институтът Алън е посветен на това да отговаря на някои от най-големите въпроси в биологичните науки и да ускорява изследванията в световен мащаб. Институтът е признат лидер в мащабните изследвания с ангажимент към модел на отворена наука. За повече информация посетете alleninstitute.org

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Медицина

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !