- Cercetători din SUA și Japonia au construit unul dintre cele mai realiste creiere digitale: cortexul complet al unui șoarece, cu 10 milioane de neuroni și 26 de miliarde de sinapse
- Proiectul folosește date biologice reale și supercomputerul Fugaku, capabil de peste 400 quadrilioane de operații pe secundă
- Simularea reproduce activitatea neuronală reală și permite scenarii virtuale pentru studierea bolilor precum epilepsia sau Alzheimer
- Modelul oferă un mediu sigur și controlat pentru testarea de tratamente și pentru înțelegerea dinamicii rețelelor cerebrale
- Descoperirea are implicații majore atât pentru neuroștiință, cât și pentru inteligența artificială, sugerând noi moduri de a construi sisteme inspirate din biologie
O echipă internațională de cercetători a reușit să construiască unul dintre cele mai detaliate și mai realiste modele de creier digital realizate vreodată: o simulare a întregului cortex de șoarece, rulat pe Fugaku, supercomputerul emblematic al Japoniei.
Modelul este uluitor prin dimensiune și fidelitate: aproape 10 milioane de neuroni, legați prin 26 de miliarde de sinapse, împărțiți în 86 de regiuni cerebrale. Practic, un cortex complet, recreat matematic, cu activitate electrică, fluxuri de ioni și chiar cu „zgomot” neuronal, la fel ca în biologie.
Fugaku – botezat după Muntele Fuji – nu poartă degeaba numele unui gigant. Este capabil să efectueze peste 400 de quadrilioane de operații pe secundă. Dacă ai începe să numeri acum, câte un număr pe secundă, ai muri înainte să ajungi la câteva procente din cifra pe care Fugaku o procesează într-o singură clipire.
Cu o asemenea mașinărie la dispoziție, echipa condusă de Allen Institute și cercetătorii japonezi a reușit ceva ce părea imposibil acum un deceniu: să pună în mișcare o rețea neuronală virtuală aproape la fel de complexă ca un creier real.
Cum arată un șoarece digital cu 10 milioane de neuroni în acțiune
Pentru a ajunge aici, oamenii de știință au combinat:
- date din Allen Cell Types Database (tipuri de neuroni, forma lor, proprietăți electrice),
- hărți de conectivitate din Allen Connectivity Atlas,
- algoritmi de simulare neuronală (precum Neulite),
- și platforma BMTK (Brain Modeling ToolKit).
Rezultatul? Un cortex digital care „pulsează” exact ca unul real: neuroni care se aprind și se sting, semnale care călătoresc prin rețele, ritmuri care apar spontan în perioade de „repaus”.
În animațiile create de echipă, sunt afișați doar 1% dintre neuroni, altfel cortexul digital ar arăta ca o galaxie în miniatură – un haos colorat imposibil de urmărit cu ochiul liber.
Anton Arkhipov, lider în echipa Allen Institute, spune simplu:
„Ușa tocmai s-a deschis. Acum știm că modele cerebrale la scară uriașă nu sunt doar posibile, ci realizabile cu precizie.”
Ce boli pot fi „recreate” în acest creier virtual și de ce contează
Avantajul unui creier digital? Poți face în el lucruri imposibile sau etic foarte sensibile în lumea reală. De pildă:
- să provoci o criză epileptică și să vezi în timp real cum se propagă;
- să simulezi mecanisme din Alzheimer și să observi unde începe degradarea rețelelor;
- să testezi posibile tratamente înainte ca ele să fie încercate pe animale;
- să studiezi cum se formează undele cerebrale sau cum se justifică diferite forme ale atenției;
- să vezi cum „curge” informația între regiuni, de la starea de repaus la cea de activitate intensă.
Acest tip de model transformă creierul într-un laborator digital în care poți rula sute de scenarii, poți da „pauză” activității neuronale sau poți relua evenimentele ca într-un software de editare video.
Este ca și cum ai avea o copie fidelă a unui creier adevărat, dar controlabilă la nivel de milisecundă și de moleculă.
De ce descoperirea schimbă direcția neuroștiinței și a inteligenței artificiale
Pentru neuroștiință, proiectul marchează începutul unei ere noi: cea în care modelele digitale pot completa – sau uneori anticipa – descoperirile din experimentele biologice.
Pentru inteligența artificială, implicațiile sunt la fel de mari:
- rețelele neuronale biologice sunt mult mai eficiente energetic decât cele artificiale;
- structura și dinamica creierului digital pot inspira modele de AI mai robuste, mai flexibile și mai interpretabile;
- conectomul simulat oferă indicii despre cum funcționează în realitate învățarea, atenția și memoria.
Dacă azi putem simula un cortex de șoarece cu precizie biofizică, mâine am putea folosi aceleași concepte pentru algoritmi de AI care să folosească informația mai eficient sau să proceseze semnale complexe ca un organism viu.
Cercetătorii sunt optimiști, dar prudenți: modelul unui creier uman este încă foarte departe. Dar pentru prima dată, drumul pare deschis – și nu mai este doar un scenariu de roman cyberpunk.