Comprender mejor el funcionamiento del cerebro es complicado, ya que los cerebros vivos no son fáciles de explorar y analizar. Los científicos ahora cuentan con una nueva simulación del cerebro de un ratón como referencia, una de las más completas jamás creadas.
La creación fue liderada por un equipo del Instituto Allen, en Estados Unidos, y la Universidad de Electrocomunicaciones, en Japón, y podría permitir modelar y estudiar con mayor detalle enfermedades como el Alzheimer. La simulación modela la corteza cerebral completa de un ratón. Si bien no es tan grande ni tan compleja como un cerebro humano, que contiene miles de millones de neuronas, existen similitudes entre los cerebros humano y de roedores, por lo que podría ser una herramienta de estudio útil.
Las cifras son impresionantes: el cerebro virtual contiene 9 millones de neuronas, así como 26 mil millones de sinapsis (conectores neuronales). Hay 86 regiones interconectadas en la simulación cerebral y puede procesar billones de cálculos por segundo. Para ponerlo en perspectiva, el cerebro real y completo de un ratón contiene aproximadamente 70 millones de neuronas en un espacio del tamaño aproximado de una almendra.
“Esto demuestra que la puerta está abierta”, afirma el neurocientífico computacional Anton Arkhipov, del Instituto Allen. “Podemos ejecutar este tipo de simulaciones cerebrales eficazmente con suficiente potencia de cálculo”.
“Es un hito técnico que nos da la confianza de que modelos mucho más grandes no solo son posibles, sino que se pueden lograr con precisión y escala”.
La complejidad de la simulación permite a los investigadores observar cómo los modelos de cognición, consciencia y enfermedades se propagan por el cerebro. Es un mapa tridimensional en movimiento que muestra la activación y conexión de neuronas individuales. Algunas de las formas en que esto podría usarse, según los investigadores, son para probar hipótesis sobre cómo las convulsiones se propagan en el cerebro o cómo las ondas cerebrales contribuyen al enfoque, sin necesidad de realizar exploraciones cerebrales físicas invasivas y repetidas.
La potencia de cálculo necesaria fue proporcionada por la supercomputadora Fugaku en Japón, que se basó en bases de datos y gráficos celulares existentes para crear el modelo. El equipo también desarrolló un nuevo software para procesar la actividad cerebral de forma más eficiente y minimizar los cálculos innecesarios.
“Fugaku se utiliza para la investigación en una amplia gama de campos de la ciencia computacional, como la astronomía, la meteorología y el descubrimiento de fármacos, contribuyendo a la resolución de muchos problemas sociales”, afirma el científico informático Tadashi Yamazaki, de la Universidad de Electrocomunicaciones.
“En esta ocasión, utilizamos Fugaku para una simulación de circuito neuronal”.
Nuestros cerebros son, por supuesto, esenciales para una buena salud física y mental y para una vejez saludable, y los estudios de mapas cerebrales virtuales y mini estructuras cerebrales serán cruciales para aprender más sobre cómo funciona este órgano y cómo puede descomponerse. El equipo ya ha estado ocupado poniendo en práctica su nuevo modelo, haciendo descubrimientos sobre la sincronización de las ondas cerebrales y la forma en que los dos hemisferios del cerebro del ratón interactúan entre sí. Es una hazaña enormemente impresionante de computación y modelado biológico, pero los investigadores tienen planes aún más grandiosos y un día quieren construir un modelo de tamaño real de un cerebro humano dentro de un espacio informático virtual.
“Nuestro objetivo a largo plazo es construir modelos cerebrales completos, e incluso modelos humanos, utilizando todos los detalles biológicos que nuestro Instituto está descubriendo”, afirma Arkhipov. “Ahora estamos pasando del modelado de áreas cerebrales individuales a la simulación del cerebro completo del ratón”.
La investigación se presentó en la conferencia de supercomputación SC25 y está disponible en línea.
Fuente: Science Alert.
