Een internationaal team van wetenschappers heeft de supercomputer Fugaku ingezet om de meest complete simulatie van een brein tot nu toe te creëren. Deze prestatie vertegenwoordigt een opmerkelijke vooruitgang in de computationele neurowetenschappen, omdat het onderzoekers in staat stelt om mechanismen en ziekten van het zenuwstelsel te bestuderen in een virtuele omgeving, zonder de behoefte aan proefdieren.
Fugaku, met een verwerkingscapaciteit van meer dan 400 quadriljoen bewerkingen per seconde, bevestigt zijn rol als een onmisbaar hulpmiddel in de voorhoede van wetenschappelijk onderzoek.
Een Mijlpaal in Breinsimulatie
Zo is het mogelijk om de effecten van een medicijn tegen Alzheimer te analyseren en tegelijkertijd de overdracht van aanvallen tussen neuronen te onderzoeken, alles zonder schade aan levend wezen. De supercomputer Fugaku, ontwikkeld door RIKEN en Fujitsu in Japan, valt op door zijn indrukwekkende rekenkracht. De capaciteit om meer dan 400 quadriljoen bewerkingen in één seconde uit te voeren, is zo hoog dat als iemand elke bewerking hardop zou tellen, dit meer dan 12.700 miljoen jaar zou duren om te voltooien.
Deze verwerkingscapaciteit wordt bereikt door de assemblage van 158.796 knooppunten, die functioneren als kleine computers in parallel.
Technologieën en Toepassingen van de Simulatie
Het proces van breinsimulatie steunde op de Brain Modeling ToolKit, ontwikkeld door het Allen Institute in Washington, die het mogelijk maakte om biologische gegevens om te zetten in een functionele digitale reconstructie van de hersenschors van muizen.
Om het neuronale gedrag te repliceren, maakten de wetenschappers gebruik van de Neulite-tool, die in staat is om wiskundige vergelijkingen om te zetten in virtuele neuronen die vuren, signalen verzenden en communiceren zoals echte neuronen doen. Het oplossen van de enorme hoeveelheid vergelijkingen die nodig zijn voor dit proces is alleen mogelijk dankzij de kracht van Fugaku.
Het resultaat is een digitaal brein waarin de synapsen tussen neuronen de overdracht van neurotransmitters en de verspreiding van signalen in de vorm van golven mogelijk maken, en daarmee het functioneren van een biologisch brein nauwkeurig nabootsen.
Dit platform maakt het mogelijk om verschillende hersentoestanden te bestuderen, zoals waakzaamheid, slaap, druggebruik of het optreden van ziekten, simpelweg door bepaalde parameters in de simulatie aan te passen.
De toepassingen van deze vooruitgang zijn breed en beloven het onderzoek in de neurowetenschappen te transformeren. De mogelijkheid om te experimenteren zonder schade aan dieren, samen met de capaciteit om gelijktijdige en gepersonaliseerde tests uit te voeren, opent nieuwe wegen voor de ontwikkeling van behandelingen en het begrip van hersenmechanismen.
Bovendien voorspelt deze prestatie toekomstige simulaties van het menselijke brein, wat het onderzoek naar neurologische aandoeningen en het ontwerp van medicijnen zou kunnen revolutioneren.
De impact van supercomputers zoals Fugaku overstijgt de technologie. Hun bijdrage aan de wetenschap en de samenleving wordt weerspiegeld in voorbeelden zoals dit, waar de grens tussen computatie en biologie vervaagt om innovatieve oplossingen te bieden voor complexe uitdagingen.
