MADRID, 17 nov. (EUROPA PRESS) -
Aproveitando o poder de um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, cientistas do Allen Institute (EUA) e da Japan Electrocommunications University criaram uma das maiores e mais detalhadas simulações biofísicas realistas do cérebro de um animal já feitas. Essa conquista será apresentada na SC25, a principal conferência de supercomputação do mundo, em Saint Louis, EUA.
Essa conquista espetacular é produto do supercomputador Fugaku, o principal supercomputador do Japão, capaz de processar dados a uma velocidade vertiginosa, realizando quatrilhões de cálculos por segundo. Dessa forma, essa cópia virtual de todo o córtex cerebral de um camundongo permite que os pesquisadores estudem o cérebro de uma maneira inovadora: simulando doenças como Alzheimer ou epilepsia no mundo virtual para observar em detalhes como os danos se espalham pelas redes neurais ou para entender a cognição e a consciência. Ele simula tanto a forma quanto a função, com quase dez milhões de neurônios, 26 bilhões de sinapses e 86 regiões cerebrais interconectadas.
Os cientistas podem usar esse modelo de córtex de camundongo para fazer perguntas detalhadas sobre o que acontece em uma doença, como as ondas cerebrais moldam o foco ou como as convulsões se propagam no cérebro e, em seguida, testar suas hipóteses. Antes disso, essas perguntas só podiam ser feitas usando tecido cerebral real, um experimento de cada vez. Agora, os pesquisadores podem testar as hipóteses virtualmente. Essas simulações podem ajudar a encontrar respostas para distúrbios cerebrais, revelando como os problemas começam antes do aparecimento dos sintomas, e permitem que os pesquisadores testem novos tratamentos ou terapias com segurança em um ambiente digital.
"Isso mostra que a porta está aberta. Podemos executar esses tipos de simulações cerebrais de forma eficaz com poder de computação suficiente", diz Anton Arkhipov, pesquisador do Allen Institute que trabalhou no projeto. "É um marco técnico que nos dá confiança de que modelos muito maiores não são apenas possíveis, mas também alcançáveis com precisão e escala."
Essa colaboração global combina a experiência em neurociência humana com o extraordinário poder de computação de uma máquina. O Allen Institute forneceu o modelo e as propriedades biofísicas do cérebro virtual usando dados reais do Allen Cell Type Database e do Allen Connectivity Atlas, e a Fugaku do Japão deu vida aos dados.
Vale lembrar que o Fugaku, desenvolvido em conjunto pela RIKEN e pela Fujitsu, é um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, capaz de realizar mais de 400 quatrilhões de operações por segundo. Para colocar isso em perspectiva, se você começasse a contar agora mesmo, uma a uma por segundo, levaria mais de 12,7 bilhões de anos para chegar a esse número (aproximadamente a idade do universo: 13,8 bilhões de anos). Fugaku" vem do Monte Fuji e, assim como o pico alto e a base larga da montanha, foi escolhido para simbolizar seu poder e amplo alcance.
"O Fugaku é usado para pesquisas em uma ampla gama de campos da ciência da computação, como astronomia, meteorologia e descoberta de medicamentos, contribuindo para a resolução de muitos problemas sociais", descrevem os pesquisadores. "Aqui, usamos o Fugaku para uma simulação de circuitos neurais.
O supercomputador é composto de pequenas partes chamadas de nós, que são agrupadas em camadas como unidades, racks e racks. Juntos, esses componentes totalizam 158.976 nós, o que permite ao Fugaku lidar com um grande volume de dados e cálculos.
Usando o Brain Modeling Toolkit do Allen Institute, a equipe traduziu os dados em uma simulação funcional digital do córtex. Um simulador de neurônios, o Neulite, converteu as equações em neurônios que se ativam, sinalizam e se comunicam como suas contrapartes vivas.
Observar o córtex cerebral de um rato simulado é como observar a biologia em tempo real. Ele capta a estrutura e o comportamento reais das células cerebrais, até a ramificação dos neurônios, a ativação das sinapses (os minúsculos contatos que transmitem mensagens dos neurônios a montante para os ramos dos neurônios a jusante) e o fluxo e refluxo dos sinais elétricos através das membranas.
"Nossa meta de longo prazo é criar modelos do cérebro inteiro e até mesmo modelos humanos, usando todos os detalhes biológicos que nosso Instituto está descobrindo", diz Arkhipov. "Agora estamos passando da modelagem de áreas individuais do cérebro para a simulação de todo o cérebro do camundongo. Com esse tipo de poder computacional, a meta de um modelo cerebral completo e biofisicamente preciso não é mais apenas ficção científica. Os cientistas estão em uma nova fronteira em que entender o cérebro significa literalmente ser capaz de construí-lo.
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