Výsek simulace mozkové kůry potkana. Kredit: Blue Brain Project /EPFL.

Ve švýcarském federálním technologickém institutu v Lausanne (EPFL) v roce 2005 spustili pozoruhodný Blue Brain Project. Je to pokus o vytvoření umělého mozku pomocí reverzního inženýrství sítě neuronů v savčím mozku. Šéf projektu Henry Markram a jeho kolegové se snaží vytvořit počítačovou simulaci, která by byla do detailu biologicky přesná.

Henry Markram. Kredit: Blue Brain Project.

Pro tvorbu simulace mozku využívají rozmanitá data o neuronech, k jejichž získání bylo vypoceno mnoho vědeckého potu. Zajímají je údaje o trojrozměrné struktuře neuronů, jejich elektrické vlastnosti, jakož i jejich iontové kanály a další významné proteiny. Simulace je tak komplexní a výpočetně náročná, že ji musí zpracovávat superpočítač, v tomto případě IBM Blue Gene/P.

Tento ambiciózní projekt teď po deseti letech výzkumu zveřejnil v prestižním časopisu Cell svůj první pořádný úspěch. Týmu více než 80 vědců ze 12 zemí se povedlo vytvořit digitální simulaci kousku mozku potkana, asi tak o velikosti zrnka písku. Zvolená část potkaního mozku reprezentuje kus primárního somatosenzorického korového centra, které zpracovává smyslové informace hmatových vousků potkanů a dalších orgánů. Simulace Markramova týmu zahrnuje 31 tisíc virtuálních mozkových buněk, které jsou propojeny cca 37 miliony virtuálních synapsí. Pro případné zájemce je k dispozici volně dostupná online.

Blue Brain Project.

Z čerstvého komentáře na webu časopisu Nature je cítit, že tento podivuhodný počin a celý Blue Brain Project mají nejen své skalní příznivce, ale i početné odpůrce. Komentář ostatně začíná slovním spojením „kontroverzní projekt evropské vědy“. Nezaujatý pozorovatel si přitom láme hlavu, co by komu mohlo vadit na simulaci malého kousku potkaního mozku. Že by fanatičtí bojovníci za práva zvířat vzali pod své křídla i sofistikované simulace? Pohled na argumenty odpůrců nicméně naznačuje, že nejspíš půjde o nějakou profesionální řevnivost, která bývá v případech, jako je tento, pro okolí neprůhledná.

Podle Markrama je taková simulace unikátní sondou do hlubin fungování mozku. Jeho oponenti namítají, že simulace Markramova týmu neodhalí nic víc, než co nabízejí jednodušší a více abstraktní simulace nervových spojů. Podle nich jen zbytečně odčerpává cenný provoz superpočítače.

Superpočítač IBM Blue Gene/P. Blue Brain Project využívá podobný. Kredit: Argonne National Laboratory.

Počítačová simulace kousku mozku potkana je sice nepochybně pekelně složitá, ale ani ona nesimuluje veškeré prvky mozkové kůry potkana. Nezahrnuje například gliové buňky, které fungují jako podpůrné buňky neuronů, ani cévy. Vynechává i komplexnější prvky nervových spojů, jako je jejich reakce na zkušenost. Markram ovšem podotýká, že se jejich model i tak v některých ohledech chová jako skutečná mozková tkáň. Lze v něm například simulovat ohyb hmatových vousků a simulace se reaguje úplně jako pravý mozek.

Makramovi kritici nevěří, že jeho simulace přináší něco zásadně nového. Například podle Chrise Eliasmithe z kanadské Univerzity ve Waterloo složitost simulace Blue Brain Project dalece přesahuje složitost výstupních dat. Nebude náhodou, že Eliasmith vedl tým, který v roce 2012 simuloval mozek přezdívaný Spaun, složený ze 2,5 milionu virtuálních neuronů. Simulace mozku Spaun přitom vycházela z mnohem jednoduššího matematického popisu jednotlivých mozkových buněk.

Zatím ale vše nasvědčuje tomu, že se Markram nedá jen tak odradit. Jejich simulace kousku mozku potkana je jenom prvním pokusem, po němž by měly následovat další, ještě sofistikovanější modely mozkové tkáně. Cílem jejich snažení je simulovat lidský mozek, což bude ovšem ještě mnohem náročnější na výpočetní kapacity. K simulaci kousku mozkové kůry potkana potřebují miliardu výpočtů každých 25 mikrosekund. Pro simulaci lidské mozkové kůry to prý chce ještě miliardkrát víc. Podle Markrama by to mohla být zajímavá výzva pro tvůrce superpočítačů.

Video:  Blue Brain Project Movie  -   je bohužel neveřejné, ale spustit se dá ze stránky EPFL

Video:  The path to understanding the brain: Henry Markram at TEDxCHUV


Video:  The Human Brain Project: Emulating the Brain's Computational Capabilities - Henry Markram | SDF2014



Literatura
Nature News 8. 10. 2015, Cell 163: 456–492, Wikiopedia (Blue Brain Project).
Digital Reconstruction of Neocortical Microcircuitry link  https://bbpnmc.epfl.ch/nmc-portal/web/guest/welcome