Проект Голубой мозг - Blue Brain Project

Проекта Blue Brain является швейцарским мозгом исследовательской инициативой , которая направлена на создание цифровой реконструкции мозга мыши. Проект был основан в мае 2005 года мозг и разум Институт в Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) в Швейцарии. Его миссия - использовать детализированные с биологической точки зрения цифровые реконструкции и моделирование мозга млекопитающих для определения фундаментальных принципов структуры и функций мозга.

Проект возглавляет директор-основатель Генри Маркрам, который также запустил Европейский проект человеческого мозга, и его со-режиссерами являются Феликс Шюрманн, Адриана Сальваторе и Шон Хилл . Используя суперкомпьютер Blue Gene с программным обеспечением NEURON Майкла Хайнса , моделирование включает в себя биологически реалистичную модель нейронов и эмпирически реконструированную модель коннектома .

Есть ряд совместных проектов, в том числе Cajal Blue Brain , который координируется Мадридским центром суперкомпьютеров и визуализации (CeSViMa), а также другие, управляемые университетами и независимыми лабораториями.

Цель

Первоначальной целью проекта, который был завершен в декабре 2006 г., было создание моделируемого столбика неокортекса крысы , который, по мнению некоторых исследователей, является наименьшей функциональной единицей неокортекса , который, как полагают, отвечает за высшие функции, такие как как сознательная мысль . У людей каждый столбец имеет длину около 2 мм (0,079 дюйма), диаметр 0,5 мм (0,020 дюйма) и содержит около 60 000 нейронов. Столбцы неокортекса крыс очень похожи по структуре, но содержат только 10 000 нейронов и 10 8 синапсов . Между 1995 и 2005 годами Маркрам нанес на карту типы нейронов и их связи в такой колонке.

Прогресс

К 2005 году первая сотовая модель была завершена. К 2008 году была построена первая искусственная клеточная неокортикальная колонка из 10 000 клеток. К июлю 2011 года была построена клеточная мезоконтура из 100 неокортикальных колонок с миллионом клеток в общей сложности. На 2014 год планировалось создать клеточный мозг крысы со 100 мезоциклами, в общей сложности сто миллионов клеток. Согласно прогнозам, к 2023 году возможно создание клеточного мозга человека, эквивалентного 1000 головам крыс с общим количеством сотен миллиардов клеток.

В ноябре 2007 года проект сообщил об окончании первой фазы, предоставив управляемый данными процесс создания, проверки и исследования неокортикальной колонки.

В 2015 году ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали количественную модель ранее неизвестной взаимосвязи между астроцитами глиальных клеток и нейронами. Эта модель описывает управление энергией мозга через функцию нейроглиальной сосудистой единицы (NGV). Дополнительный слой нейронно-глиальных клеток добавляется в модели Blue Brain Project для улучшения функциональности системы.

В 2017 году проект Blue Brain Project обнаружил, что нейронные клики связаны друг с другом в одиннадцати измерениях. Директор проекта предположил, что трудность понимания мозга отчасти объясняется тем, что математика, обычно применяемая для изучения сетей, не может обнаружить такое количество измерений. Проект Blue Brain смог смоделировать эти сети, используя алгебраическую топологию .

В 2018 году Blue Brain Project выпустил свой первый цифровой трехмерный атлас клеток мозга, который, согласно ScienceDaily , похож на «переход от нарисованных от руки карт к Google Earth», предоставляя информацию об основных типах, количестве и положении клеток в 737 регионах мозг.

В 2019 году Идан Сегев, один из компьютерных нейробиологов, работающих над проектом «Синий мозг», выступил с докладом под названием «Мозг в компьютере: чему я научился, моделируя мозг». В своем выступлении он упомянул, что вся кора головного мозга мыши завершена и скоро начнутся виртуальные эксперименты по ЭЭГ. Он также упомянул, что модель стала слишком тяжелой для суперкомпьютеров, которые они использовали в то время, и что они, следовательно, изучали методы, в которых каждый нейрон мог бы быть представлен как нейронная сеть (подробности см. В ссылке).

Программное обеспечение

Проект Blue Brain Project разработал ряд программ для реконструкции и моделирования мозга мыши.

Синий мозг NEXUS

Blue Brain NEXUS - это платформа интеграции данных, которая позволяет пользователям искать, размещать и систематизировать данные. Он основан на принципе ЧЕСТНЫХ данных, чтобы предоставить гибкие решения для управления данными помимо исследований в области нейробиологии. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, доступное для всех на GitHub .

BluePyOpt

BluePyOpt - это инструмент, который используется для построения электрических моделей отдельных нейронов. Для этого он использует эволюционные алгоритмы для ограничения параметров экспериментальных электрофизиологических данных. О попытках реконструировать отдельные нейроны с помощью BluePyOpt сообщают Розанна Мильоре и Стефано Масори . Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, доступное для всех на GitHub .

CoreNEURON

CoreNEURON - это дополнительный инструмент к NEURON , который позволяет проводить крупномасштабное моделирование за счет увеличения использования памяти и скорости вычислений. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, доступное для всех на GitHub .

NeuroMorphoVis

NeuroMorphoVis - это инструмент для визуализации морфологии нейронов. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, доступное для всех на GitHub .

СОНАТА

SONATA - это совместная работа Blue Brain Project и Института исследований мозга Аллена по разработке стандарта для формата данных, который реализует многоплатформенную рабочую среду с большей вычислительной памятью и эффективностью. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, доступное для всех на GitHub .

Финансирование

Проект финансируется главным образом швейцарским правительством и флагманским грантом Европейской комиссии Future and Emerging Technologies (FET) , а во вторую очередь грантами и пожертвованиями частных лиц. EPFL купила компьютер Blue Gene по сниженной цене, потому что он все еще был прототипом, и IBM была заинтересована в изучении того, как приложения будут работать на этой машине. BBP рассматривался как подтверждение концепции суперкомпьютера Blue Gene .

Связанные проекты

Кахал Блю Мозг

Cajal Blue Brain использовали Magerit суперкомпьютер ( CeSViMa )

Проект Cajal Blue Brain Project координируется Мадридским техническим университетом и использует возможности Мадридского центра суперкомпьютеров и визуализации и его суперкомпьютера Magerit . Cajal Институт также участвует в этом сотрудничестве. Основные направления исследований, проводимых в настоящее время в Cajal Blue Brain, включают неврологические эксперименты и компьютерное моделирование. Нанотехнологии в виде недавно разработанного микроскопа для мозга играют важную роль в ее исследовательских планах.

Документальный

Документальный фильм из 10 частей снимает Ноа Хаттон ; каждый выпуск будет посвящен работе над проектом в EPFL в течение года. Съемки фильма начались в 2009 году, а в 2020 году планируется выпустить документальный фильм. Упоминаются и другие подобные исследовательские проекты.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки