Wetenschappers hebben onlangs bewezen dat het mogelijk is om een volledige hersenschors te reproduceren binnen een van de snelste computers ter wereld. Dit model vertegenwoordigt de daadwerkelijke biofysische regels van de hersenen, wat kan dienen als een hulpmiddel om behandelingen voor aandoeningen zoals Alzheimer, epilepsie of autisme te verbeteren. Het uiteindelijke doel is om de werkelijke biologische bedrading van de hersenen vast te leggen. Met de hoop dat een toekomstig model kan bijdragen aan het beantwoorden van de grotere vragen, zoals de mechanica achter bewustzijn.
In de Fugaku-supercomputer op een kunstmatig eiland in Kobe, Japan, bevindt zich een stille kathedraal van berekeningen, waar rijen koelkastgroote zwarte kasten bijna constant zoemen. Tien miljoen digitale neuronen beginnen te vuren. Dan cascaderen elektrische signalen door miljarden verbindingen. Dit is een volledig digitale muiscortex.
Onderzoekers kunnen de simulatie pauzeren, terugspoelen, opnieuw bedraden en opnieuw uitvoeren—ze kunnen inzoomen op enkele synapsen, momenten van neurale activiteit opnieuw afspelen en zien hoe beslissingen en waarnemingen zich ontwikkelen over 86 hersengebieden. Het is alsof je een vertraagde video hebt van de muis zelf—zonder ooit het dier aan te raken. Fugaku kan immers 400 quadriljoen berekeningen per seconde uitvoeren om de pulserende circuithersenen na te bootsen.
In een onlangs gepubliceerd peer-reviewed artikel toonden wetenschappers aan dat het technisch mogelijk is om een volledige hersenschors te reproduceren—tot de elektrische gedragingen van individuele cellen—binnen een van de snelste computers ter wereld. Met behulp van gedetailleerde biologische kaarten van het Allen Institute heeft het team de cortex laag voor laag en celtype voor celtype opnieuw opgebouwd en het volledige model op de Fugaku-supercomputer uitgevoerd om het effectief “tot leven” te brengen in silicium.
Deze doorbraak heeft niet alleen te maken met pure schaal, volgens Anton Arkhipov, PhD, een onderzoeker bij het Allen Institute en een mede-auteur van de studie. De echte vooruitgang, zegt hij, is dat het model de werkelijke biologische bedrading van de hersenen behoudt—hoe specifieke celtypen verbinding maken, interageren en activiteit in de cortex vormgeven. Die trouw is belangrijk omdat kleinere simulaties soms soortgelijke patronen kunnen reproduceren om verkeerde fysieke redenen.
En terwijl de directe voordelen medisch en pragmatisch zijn, gelooft Arkhipov dat simulaties die zo nauw verworteld zijn in de echte biologie uiteindelijk wetenschappers kunnen helpen om diepere vragen te onderzoeken—over hoe waarneming, ideeën en zelfs bewustzijn zelf voortkomen uit neurale activiteit.
Dat ambitie komt voort uit hoe het model daadwerkelijk werkt. De synthetische cortex draait op dezelfde onderliggende fysica als een levende hersen, met cellen die oplichten en boodschappen door het netwerk verzenden volgens echte biofysische regels. Omdat de digitale reconstructie vastlegt hoe neuronen ontsteken en verbinding maken, vertegenwoordigt het niet alleen structuur, maar ook levende dynamiek.
“Het belangrijkste punt van dit resultaat is het aantonen dat het technisch haalbaar is om de hersenschors van een muis op een computer te reproduceren met deze ruimtelijke en temporele resolutie,” zegt Arkhipov. “Daarom is het veel meer dan alleen een animatie.”
Desondanks blijft het model een bewijs van concept en geen voltooid replica. Terwijl zijn activiteit grotendeels overeenkomt met echte muisgegevens, vereisen rigoureuze, langetermijnvergelijkingen—en verdere verfijningen—veel meer rekentijd. Arkhipov benadrukt dat pure grootte niet de doorbraak is; het echte doel is om de werkelijke biologische bedrading van de hersenen vast te leggen.
“De mogelijkheden zijn eindeloos,” zegt hij. In dieren kunnen onderzoekers slechts kleine ramen van neurale activiteit zien. In de simulatie is niets verborgen.
Een onmiddellijke toepassing ligt in de ziekte. “Stel je voor dat bepaalde componenten van het corticale netwerk beginnen te veranderen in een vroeg stadium van de ziekte (zoals bij Alzheimer of epilepsie)—misschien verdwijnen bepaalde celtypen of verandert de connectiviteit,” zegt Arkhipov. “We kunnen dergelijke veranderingen in de simulatie implementeren en vragen welke effecten ze hebben.”
Dit roept diepgaande vragen op. Als een virtuele doppelgänger ooit op eigen momentum en geheugen zou draaien, zou de geest dan nog koolstof nodig hebben—of zou silicium voldoende kunnen zijn? Arkhipov aarzelt niet: silicium zou “zeer natuurlijk” kunnen zijn.
“Alle genoemde fenomenen zijn fysieke processen,” zegt hij. “Ik ben me niet bewust van enige natuurwet die vereist dat ze alleen in biologische systemen ontstaan.” Hij voegt eraan toe: “Ik denk dat het volkomen mogelijk is dat een stuk hardware een denkend, voelend wezen kan zijn.”
Ondanks deze potentiële doorbraken roept het model ook vragen op. Peter Coppola, PhD, een gastonderzoeker in de neurowetenschappen aan de Universiteit van Cambridge, benadrukt dat we geen sluitende maatstaf voor bewustzijn hebben. Hij is sceptisch over de mogelijkheid dat de geest simpelweg koolstof kan verlaten. De complexiteit van de biologische cortex kan nooit volledig door een digitale simulatie worden vastgelegd, wat ons moet doen beseffen dat modellen, hoe indrukwekkend ze ook zijn, soms nog steeds de mechanismen missen die essentieel zijn voor bewustzijn.
Voorlopig blijft de gedigitaliseerde muisherkenning vastliggen in de praktijk: het bestuderen van ziekten, het testen van medicatie en het doorgronden van de diepste werking van neurale levens. In die zin kan het een brug worden naar het begrijpen van de aard van bewustzijn—of dat misschien niet het geval is. En als bewustzijn ooit een stempel op een digitale geest zou drukken, zou dat niets minder dan wonderbaarlijk zijn.
