Μέρος του εγκεφάλου ζώου προσομοιώθηκε σε υπερυπολογιστή

Επιστήμονες παρουσίασαν το πρώτο επίτευγμά τους.
Το πρώτο επίτευγμά τους, την τρισδιάστατη ψηφιακή προσομοίωση σε υπερυπολογιστή ενός μικρού μέρους από τον νεοφλοιό του εγκεφάλου ενός αρουραίου, παρουσίασαν οι νευροεπιστήμονες του φιλόδοξου ευρωπαϊκού προγράμματος ψηφιοποίησης του εγκεφάλου Blue Brain Project (ΒΒΡ), μεταξύ των οποίων έλληνες ερευνητές.

Το τμήμα αυτό του εγκεφάλου -μόλις το ένα τρίτο ενός κυβικού χιλιοστού του νεοφλοιού του τρωκτικού- περιέχει πάνω από 31.000 εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες), που ανήκουν σε 207 διαφορετικούς τύπους νευρώνων και είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους με 37 εκατομμύρια συνάψεις.

Υπενθυμίζεται ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει περίπου 100 δισεκατομμύρια νευρώνες, που συνδέονται μεταξύ τους με ένα τρισεκατομμύριο νευρώνες (αν και κανείς ποτέ δεν έχει μετρήσει ούτε όλους τους νευρώνες, ούτε όλες τις συνάψεις, συνεπώς οι αριθμοί αυτοί δεν είναι παρά στατιστικές εκτιμήσεις).

Στο πρόγραμμα ΒΒΡ, που ξεκίνησε το 2005, συμμετέχουν 82 επιστήμονες απο 12 χώρες (και την Ελλάδα), με επικεφαλής τον νευροβιολόγο Χένρι Μάρκραμ της Ομποσπονδιακής Πολυτεχνικής Σχολής της Λωζάννης (EFPL) στην Ελβετία. Στόχος των επιστημόνων είναι να αποτυπώσουν με την μεγαλύτερη δυνατή λεπτομέρεια την «καλωδίωση» του πραγματικού εγκεφάλου και μετά να την μεταφέρουν σε ψηφιακή μορφή σε έναν υπολογιστή. Ουσιαστικά, δηλαδή, να ψηφιοποιήσουν τον εγκέφαλο με όλη την πολυπλοκότητά του.

Για να συμβεί αυτό, χρησιμοποιούνται πανίσχυροι υπολογιστές και πολύπλοκα μαθηματικά μοντέλα και αλγόριθμοι. Πάντως ο Μάρκραμ αναγνώρισε ότι χρειάζεται πολύ περισσότερη δουλειά, εωσότου οι επιστήμονες κατορθώσουν να κατανοήσουν πώς πραγματικά δουλεύει ο εγκέφαλος ενός ζώου -και πολύ περισσότερο του ανθρώπου. Γι' αυτό, άλλωστε, δεν λείπουν οι επικριτές, οι οποίοι θεωρούν ότι όλο το Blue Brain Project θα αποδειχθεί τελικά μια πανάκριβη ματαιοπονία.

Ο ελβετός νευροεπιστήμονας παραδέχθηκε πως «μια ενδιαφέρουσα πλευρά της ψηφιακής ανακατασκευής είναι ότι συνειδητοποιείς πως δεν μπορείς να μετρήσεις τα πάντα πειραματικά». Αλλά, πρόσθεσε, «συνειδητοποιήσαμε επίσης ότι δεν χρειάζεται κατ' ανάγκη να το κάνεις». Όπως είπε, ήδη χάρη στην τεράστια ποσότητα δεδομένων που έχουν συλλεχθεί, έχει καταστεί εφικτή μια πρώτη προσομοίωση των «μικροκυκλωμάτων» του εγκεφάλου.

Οι ψηφιακοί νευρώνες του προσομοιωμένου εγκεφάλου αναπαριστούν σε ένα βαθμό τουλάχιστον- την ηλεκτρική-νευρωνική δραστηριότητα του πραγματικού εγκεφάλου του αρουραίου. Την προσομοίωση κάνει ένας υπερυπολογιστής IBM Blue Gene, ο οποίος είναι σε θέση να λύνει δισεκατομμύρια εξισώσεις σε κλάσματα του δευτερολέπτου.

Όμως, από την προσομοίωση λείπουν ουκ ολίγα συστατικά: δεν υπάρχουν αιμοφόρα αγγεία, ούτε τα άλλα εγκεφαλικά κύτταρα που υποστηρίζουν τους νευρώνες, ούτε τα μόρια-νευροδιαβιβαστές που μεταφέρουν τα μηνύματα μεταξύ των νευρικών κυττάρων. Είναι πάντως μια αρχή για την ψηφιοποίηση του εγκεφάλου, όπως είπε ο Μάρκραμ, ο οποίος έκανε -μαζί με την υπόλοιπη ερευνητική ομάδα- τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό κυτταρικής βιολογίας «Cell».

Το Blue Brain Project αποτελεί μέρος του ευρύτερου ευρωπαϊκου Προγράμματος για τον Ανθρώπινο Εγκέφαλο (Human Brain Project), που εγκαινιάσθηκε το 2013 και το οποίο η Ευρωπαϊκή Επιτροπή θα χρηματοδοτήσει επί μια δεκαετία με πάνω από ένα δισεκατομμύριο ευρώ. Πέρυσι όμως περισσότεροι από 100 νευροεπιστήμονες απείλησαν με μποϊκοτάζ το πρόγραμμα, αν δεν γίνουν αλλαγές σε αυτό.

Οι επικριτές επεσήμαναν ότι η αυτή η αρχική προσομοίωση ενός μκρού μέρους του εγκεφάλου του αρουραίου κόστισε γύρω στα 100 εκατομμύρια ευρώ και η ψηφιοποίηση όλου του εγκεφάλου του ζώου μπορεί να φθάσει τα 20 δισεκατομμύρια ευρώ.

«Αυτά είναι μάλλον πάρα πολλά χρήματα, δεδομένου ότι αυτό που αγοράζεις με αυτά, είναι πραγματικά ένας πανάκριβος αρουραίος, ο οποίος τελικά μπορεί να μην είναι καν αρουραίος», σχολίασε σκωπτικά ο Πίτερ Λάθαμ της Μονάδας Υπολογιστικής Νευροεπιστήμης του University College του Λονδίνου.

Ο Μάρκραμ αντέτεινε ότι, αν θέλουμε να καταλάβουμε τον πολύπλοκο εγκέφαλο, η μόνη λύση να είναι «χτίζουμε» όλο και πιο πλήρεις -και ακριβές- ψηφιακές προσομοιώσεις του.

«Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην αδυναμία κατανόησης του εγκεφάλου είναι ότι δεν μπορούμε να τον χαρτογραφήσουμε», δήλωσε ο ελβετός επιστήμονας, ο οποίος κατά βάθος έχει ως στόχο το «άγιο δισκοπότηρο» της νευροεπιστήμης: το μυστικό της δημιουργίας της ανθρώπινης συνείδησης στον εγκέφαλο.

Στην έρευνα συμμετείχαν και οι ελληνικής καταγωγής Αθανασία Χαλιμούρδα, Αναστασία Αϊλαμάκη, Λήδα Κανάρη και Κωνσταντίνος Σφυράκης, όλοι ερευνητές στο ελβετικό EPFL.


Πηγή: http://www.newsbeast.gr