Simularea creierului uman pe un supercomputer: pasul decisiv spre înțelegerea minții umane

Cercetătorii europeni se apropie de un obiectiv care, până de curând, părea mai degrabă science-fiction decât știință aplicată: simularea creierului uman la scară completă cu ajutorul unui supercomputer.

Datorită progreselor recente în puterea de calcul și în modelarea neuronală, oamenii de știință de la Centrul de Cercetare Jülich din Germania cred că acest prag ar putea fi depășit în următorii ani.

Inițiativa vine pe fondul unor realizări spectaculoase în neuroștiința computațională. În ultimii ani, cercetătorii au demonstrat că pot cartografia și simula structuri neuronale extrem de complexe, iar aceste succese alimentează acum ambiția de a reproduce digital funcționarea întregului creier uman, cu miliardele sale de neuroni și trilioanele de conexiuni dintre ei, scrie Futurism.

De la creierul unei muște la arhitectura minții umane

Un moment-cheie care a schimbat perspectiva asupra acestui domeniu a avut loc în 2024, când cercetătorii au reușit să finalizeze prima hartă completă a circuitelor neuronale din creierul unei muște de fructe.

Deși minuscul ca dimensiune, creierul conține zeci de milioane de sinapse și o rețea densă de conexiuni, comparabilă, din punct de vedere al complexității organizatorice, cu sisteme mult mai mari.

Realizarea a oferit dovezi concrete că este posibilă descrierea detaliată a modului în care semnalele circulă printr-un creier biologic.

Totuși, diferența de scară dintre insecte și oameni este uriașă. Creierul uman are aproximativ 86 de miliarde de neuroni și peste 100 de trilioane de conexiuni sinaptice, iar simularea unui asemenea sistem presupune nu doar putere de calcul enormă, ci și modele matematice extrem de sofisticate.

Tentativele anterioare, precum Human Brain Project, lansat în urmă cu mai bine de un deceniu, au demonstrat cât de dificil este acest obiectiv.

Deși proiectul a beneficiat de finanțări substanțiale, rezultatele nu au reușit să atingă promisiunea inițială a unei simulări complete și funcționale a creierului uman.

Supercomputerul JUPITER și noua abordare a simulării neuronale

Cercetătorii de la Jülich cred că diferența, de această dată, o face maturizarea tehnologiei. Echipa condusă de profesorul Markus Diesmann mizează pe supercomputerul JUPITER, unul dintre cele mai puternice sisteme de calcul din lume, clasat în prezent pe locul patru în topul internațional TOP500.

Acesta este echipat cu mii de unități de procesare grafică, optimizate pentru calcule paralele masive, esențiale în simulările neuronale.

Abordarea actuală nu presupune construirea unui model monolitic al creierului dintr-o singură bucată. În schimb, cercetătorii combină modele detaliate ale unor regiuni mai mici, pe care le conectează într-o arhitectură coerentă.

Ansamblul este apoi rulat pe supercomputer, permițând simularea activității neuronale la o scară fără precedent.

Progresul a fost demonstrat recent, când echipa a reușit să ruleze pe JUPITER o rețea neuronală cu impulsuri care se apropie de dimensiunea cortexului cerebral uman, ajungând la zeci de miliarde de neuroni simulați și la un număr comparabil de conexiuni cu cele reale.

Rezultatele sugerează că rețelele foarte mari manifestă comportamente emergente care nu pot fi observate în simulările de dimensiuni reduse.

Potrivit lui Markus Diesmann, această diferență este esențială. Simulările de mică scară oferă indicii valoroase, dar doar rețelele masive pot reproduce dinamica reală a creierului.

O astfel de simulare ar putea deschide calea către o înțelegere mult mai profundă a funcționării cognitive, a bolilor neurologice și a modului în care apar procesele mentale complexe.

Dacă proiectul va reuși, simularea creierului uman pe un supercomputer nu va fi doar o performanță tehnologică, ci un punct de cotitură în neuroștiință.