En büyük ve gerçekçi “sanal” fare beyni oluşturuldu

Japonya’nın Fugaku süper bilgisayarı ve aralarında Allen Institute’un da bulunduğu uluslararası ekip, fare beyninin kabuğu olan korteksin tamamını kapsayan dev bir simülasyon kurdu. Model, neredeyse 10 milyon nöron, 26 milyar sinaps ve birbiriyle bağlantılı 86 beyin bölgesini içeriyor. Yani sadece “şekli” değil, sinyallerin nasıl yayılıp nasıl konuştuğunu da taklit ediyor.

BEYNİN DİJİTAL KOPYASI

Bu sanal korteks, bilim insanlarına laboratuvarda gerçek beyin dokusuna ihtiyaç duymadan deney yapma imkânı veriyor. Örneğin beynin bir bölgesine hasar verildiğinde bunun diğer bölgeleri nasıl etkilediği, beyin dalgalarının dikkat ve bilinçle nasıl bağlantılı olduğu ya da epileptik bir nöbetin ağ içinde nasıl yayıldığı bu modelde adım adım izlenebiliyor.

Daha önce bu tür araştırmalar, gerçek hayvanlar üzerinde ve tek tek deneylerle yapılabiliyordu. Yeni yöntemle, aynı anda çok daha fazla senaryo sanal ortamda denenebiliyor. Araştırmacılar, hastalık belirtileri ortaya çıkmadan önce beyin ağlarında görülebilecek erken uyarı işaretlerini yakalamayı ve potansiyel tedavileri önce bu dijital modelde test etmeyi hedefliyor.

FUGAKU’NUN DEV GÜCÜ

Projenin kalbinde, Japonya’nın RIKEN ve Fujitsu tarafından ortak geliştirilen Fugaku süper bilgisayarı var. Fugaku, saniyede 400 katrilyondan (400.000.000.000.000.000) fazla işlem yapabiliyor. Karşılaştırmak için: Şu anda saymaya başlasanız ve saniyede bir sayı saysanız, o rakama ulaşmanız milyarlarca yıl sürerdi.

Bilim insanı Tadashi Yamazaki, Fugaku’nun halihazırda astronomiden hava tahminine, ilaç geliştirmeden iklim modellemesine kadar pek çok alanda kullanıldığını, bu kez dev gücünü sinir devrelerini simüle etmek için kullandıklarını söylüyor. Sistem 158 bin 976 adet “düğümden” oluşuyor; bu dev donanım ağı, beyin gibi karmaşık bir yapının saniye saniye hesaplanmasını mümkün kılıyor.

VERİDEN ÇALIŞAN BEYİN MODELİNE

Allen Institute ekibi, yıllardır topladıkları biyolojik verileri bu sanal beyne aktardı. Kurumun hücre tipleri veritabanı ve bağlantı atlasındaki bilgiler, Brain Modeling ToolKit adlı yazılımla modele dönüştürüldü. Neulite adlı nöron simülatörü ise matematiksel denklemleri, gerçek nöronlar gibi ateşleyen ve sinyal ileten hücrelere çevirdi.

Ortaya çıkan şey, adeta mikroskopla izlenebilen ama tamamen dijital bir korteks: Nöron gövdeleri, dallanan uzantılar, sinapsların aktif olup sinyal ilettiği anlar ve zarlar boyunca ilerleyen elektriksel dalgalanmalar gerçek biyolojiye son derece yakın şekilde canlandırılıyor. Yamazaki, “Tanrı ayrıntıda gizlidir; bu yüzden biyofiziksel ayrıntıları olan modellerin çok önemli olduğunu düşünüyorum” diyor.

SON HEDEF İNSAN BEYNİ

Allen Institute araştırmacısı Anton Arkhipov, “Bu çalışma kapının açıldığını gösteriyor. Yeterli hesaplama gücüyle bu tür beyin simülasyonlarını verimli şekilde çalıştırabiliyoruz” diyerek bunun bir “teknik dönüm noktası” olduğunu vurguluyor: “Artık çok daha büyük modellerin de hem mümkün hem de yüksek hassasiyetle ulaşılabilir olduğundan eminiz.”

Uzun vadede hedef, önce fare beyninin tamamını, ardından da insan beynini tüm biyolojik ayrıntılarıyla dijital olarak modellemek. Bugünkü çalışma, tek tek beyin bölgelerinin ötesine geçip tüm bir beyni simüle etme yolunda atılmış büyük bir adım olarak görülüyor.