stringtranslate.com

Проект Голубого Мозга

Blue Brain Project — это швейцарская инициатива по исследованию мозга, целью которой является создание цифровой реконструкции мозга мыши. Проект был основан в мае 2005 года Институтом мозга и разума Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии. Его миссия — использовать биологически подробные цифровые реконструкции и симуляции мозга млекопитающих для определения фундаментальных принципов структуры и функционирования мозга.

Проект возглавляет директор-основатель Генри Маркрам , который также запустил Европейский проект человеческого мозга , а соруководителями проекта являются Феликс Шюрманн, Адриана Сальваторе и Шон Хилл . Используя суперкомпьютер Blue Gene , на котором работает NEURON Майкла Хайнса , моделирование включает в себя биологически реалистичную модель нейронов [1] [2] [3] и эмпирически реконструированную модель коннектома .

Существует ряд проектов сотрудничества, в том числе Cajal Blue Brain , работу которого координирует Мадридский центр суперкомпьютеров и визуализации (CeSViMa), а также другие, которыми управляют университеты и независимые лаборатории.

Цель

Первоначальной целью проекта, который был завершен в декабре 2006 года, [4] было создание моделируемого неокортикального столба крысы , который некоторые исследователи считают наименьшей функциональной единицей неокортекса , [ 5] [6] который Считается, что он отвечает за высшие функции, такие как сознательное мышление . У людей каждый столбец имеет длину около 2 мм (0,079 дюйма), диаметр 0,5 мм (0,020 дюйма) и содержит около 60 000 нейронов. Неокортексальные столбцы крысы очень похожи по структуре, но содержат всего 10 000 нейронов и 10 8 синапсов . В период с 1995 по 2005 год Маркрам составил карту типов нейронов и их связей в такой колонке.

Прогресс

К 2005 году была завершена первая сотовая модель. Первая искусственная клеточная неокортикальная колонна из 10 000 клеток была построена к 2008 году. К июлю 2011 года была построена клеточная мезосхема из 100 неокортикальных колонн с миллионом клеток в общей сложности. Клеточный мозг крысы был запланирован [ нужно обновить ] на 2014 год со 100 мезосхемами, насчитывающими в общей сложности сто миллионов клеток. По прогнозам, к 2023 году станет возможным создание клеточного человеческого мозга, эквивалентного мозгу 1000 крыс и состоящего в общей сложности из ста миллиардов клеток. [7] [8]

В ноябре 2007 года [9] проект сообщил об окончании первой фазы, предоставив управляемый данными процесс создания, проверки и исследования неокортикального столба.

В 2015 году ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали количественную модель ранее неизвестной взаимосвязи между астроцитами глиальных клеток и нейронами. Эта модель описывает управление энергией мозга через функцию нейроглиальной сосудистой единицы (НГВ). В модели Blue Brain Project добавляется дополнительный слой нейроно-глиальных клеток для улучшения функциональности системы. [10]

В 2017 году проект Blue Brain Project обнаружил, что нейронные клики связаны друг с другом в одиннадцати измерениях. Директор проекта предположил, что сложность понимания работы мозга отчасти связана с тем, что математика, обычно применяемая для изучения нейронных сетей, не может обнаружить такое количество измерений. Проект Blue Brain смог смоделировать эти сети, используя алгебраическую топологию . [11]

В 2018 году проект Blue Brain Project выпустил свой первый цифровой 3D-атлас клеток головного мозга, который, по мнению ScienceDaily , похож на «переход от нарисованных от руки карт к Google Earth», предоставляя информацию об основных типах клеток, их количестве и положении в 737 регионах мира. мозг. [12]

В 2019 году Идан Сегев, один из вычислительных нейробиологов , работающих над проектом «Голубой мозг», выступил с докладом на тему: «Мозг в компьютере: чему я научился, моделируя мозг». В своем выступлении он упомянул, что вся кора головного мозга мыши готова и скоро начнутся виртуальные эксперименты по ЭЭГ. Он также упомянул, что модель стала слишком тяжелой для суперкомпьютеров, которые они использовали в то время, и что, следовательно, они изучали методы, в которых каждый нейрон мог быть представлен как искусственная нейронная сеть (подробности см. В цитировании). [13]

В 2022 году ученые проекта Blue Brain использовали алгебраическую топологию для создания алгоритма топологического синтеза нейронов, который генерирует большое количество уникальных клеток, используя всего несколько примеров, синтезируя миллионы уникальных морфологий нейронов. Это позволяет им воспроизводить как здоровые, так и болезненные состояния мозга. В статье Кенари и др. смогли в цифровом виде синтезировать дендритные морфологии мозга мыши, используя этот алгоритм. Они нанесли на карту целые области мозга, используя всего лишь несколько эталонных клеток. Поскольку это открытый исходный код, это позволит моделировать заболевания головного мозга и, в конечном итоге, алгоритм может привести к созданию цифровых двойников мозга. [14]

Программное обеспечение

Проект Blue Brain Project разработал ряд программ для реконструкции и моделирования мозга мыши.

Нексус Синего Мозга

Blue Brain Nexus [15] [16] [17] — это платформа интеграции данных, которая использует граф знаний , чтобы пользователи могли искать, хранить и систематизировать данные. Он опирается на принципы данных FAIR и предоставляет гибкие решения по управлению данными, выходящие за рамки нейробиологических исследований. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом , доступное каждому на GitHub . [18]

БлюПиОпт

BluePyOpt [19] — инструмент, используемый для построения электрических моделей отдельных нейронов. Для этого он использует эволюционные алгоритмы , ограничивающие параметры экспериментальными электрофизиологическими данными. О попытках реконструкции отдельных нейронов с помощью BluePyOpt сообщили Розанна Мильоре [20] и Стефано Масори. [21] Это программное обеспечение с открытым исходным кодом , доступное каждому на GitHub . [22]

ЯдроНЕЙРОН

CoreNEURON [23] — это дополнительный инструмент к NEURON , который позволяет проводить крупномасштабное моделирование за счет увеличения использования памяти и скорости вычислений. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом , доступное каждому на GitHub . [24]

НейроМорфоВис

NeuroMorphoVis [25] — инструмент визуализации морфологии нейронов. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом , доступное каждому на GitHub . [26]

СОНАТА

SONATA [27] — это совместная работа Blue Brain Project и Института исследований мозга Аллена по разработке стандарта формата данных, который реализует многоплатформенную рабочую среду с большей вычислительной памятью и эффективностью. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом , доступное каждому на GitHub . [28] [29]

Финансирование

Проект финансируется в первую очередь за счет правительства Швейцарии и флагманского гранта «Будущее и новые технологии » (FET) Европейской комиссии [30] , а во вторую очередь за счет грантов и пожертвований частных лиц. EPFL купила компьютер Blue Gene по сниженной цене, поскольку он все еще был прототипом, и IBM была заинтересована в изучении того, как приложения будут работать на этой машине. BBP рассматривался как подтверждение концепции суперкомпьютера Blue Gene . [31]

Критика

Руководство проекта Blue Brain, несомненно, не выполнило чрезмерно амбициозные цели, которые оно поставило перед собой в 2013 году. [32] [33]

Уже в сентябре 2014 года раздавались голоса с критикой руководства главного промоутера проекта, профессора Генри Маркрама, а также небрежности брюссельских властей, финансировавших проект. [34] [35]

Связанные проекты

Кахаля Синий Мозг

Cajal Blue Brain использовал суперкомпьютер Magerit ( CeSViMa )

Проект Cajal Blue Brain координируется Техническим университетом Мадрида под руководством Хавьера де Фелипе и использует возможности Мадридского центра суперкомпьютеров и визуализации и его суперкомпьютера Magerit . [36] Институт Кахаля также участвует в этом сотрудничестве. Основные направления исследований, проводимых в настоящее время в Cajal Blue Brain, включают неврологические эксперименты и компьютерное моделирование. [37] Нанотехнологии в виде недавно разработанного микроскопа мозга играют важную роль в планах исследований. [38]

Документальный

Ной Хаттон создавал документальный фильм In Silico в течение 10 лет. Фильм был выпущен в апреле 2021 года. [39] В фильме рассказывается о «меняющихся целях и ориентирах» [40] проекта «Голубой мозг», а также о драме: «В конце концов, речь идет не о науке. Речь идет о универсалии власти, жадности, эго и славы». [41] [42]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Грэм-Роу Д. (июнь 2005 г.). «Начинается миссия по созданию моделируемого мозга». Новый учёный .
  2. ^ Палмер, Джейсон. Имитация мозга ближе к мысли, BBC News.
  3. ^ Сегев И. «ASC 2012: Профессор Идан Сегев - Голубой мозг». Еврейский университет Иерусалима . Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Проверено 31 мая 2013 г.
  4. ^ «Основные этапы проекта». Синий мозг . Проверено 11 августа 2008 г.
  5. ^ Хортон Дж.К., Адамс Д.Л. (апрель 2005 г.). «Корковый столбик: структура без функции». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 360 (1456): 837–62. дои : 10.1098/rstb.2005.1623. ПМК 1569491 . ПМИД  15937015. 
  6. ^ Ракич П. (август 2008 г.). «Запутанные кортикальные столбцы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (34): 12099–100. Бибкод : 2008PNAS..10512099R. дои : 10.1073/pnas.0807271105 . ПМЦ 2527871 . ПМИД  18715998. 
  7. ^ «Генри Маркрам: Моделирование мозга; следующие решающие годы, видео [3/3] 07:00» . Проверено 29 августа 2011 г.
  8. ^ «Генри Маркрам: Моделирование мозга; следующие решающие годы - 07:00». YouTube . Проверено 29 августа 2011 г.[ мертвая ссылка на YouTube ]
  9. ^ «Новости и информация для СМИ». Синий мозг . Архивировано из оригинала 19 сентября 2008 г. Проверено 11 августа 2008 г.
  10. ^ Жоливе Р., Когган Дж.С., Алламан I, Маджистретти П.Дж. (февраль 2015 г.). «Многомасштабное моделирование зависимой от активности метаболической связи в ансамбле нейрон-глия-сосудистая сеть». PLOS Вычислительная биология . 11 (2): e1004036. Бибкод : 2015PLSCB..11E4036J. дои : 10.1371/journal.pcbi.1004036 . ПМЦ 4342167 . ПМИД  25719367. 
  11. ^ «Команда Blue Brain обнаруживает многомерную вселенную в сетях мозга» . Новости науки о границах . 12 июня 2017 г.
  12. ^ «Проект Blue Brain Project выпускает первый в мире цифровой трехмерный атлас клеток мозга» . ScienceDaily . 28 ноября 2018 года . Проверено 18 апреля 2019 г.
  13. ^ «Мозг в компьютере: Чему я научился, моделируя мозг - Идан Сегев» . YouTube .
  14. ^ Blue Brain строит нейроны с помощью математики Кейт Маллинз, новости EPFL. 4 июня 2022 г.
  15. ^ «Строительство синего мозга». Информатика из технологических сетей . Проверено 4 июня 2021 г.
  16. ^ «Экосистема Nexus: лучшее управление (исследовательскими) данными» . bluebrainnexus.io . Проверено 4 июня 2021 г.
  17. ^ Си, Мохамет Франсуа; Роман, Богдан; Керриен, Сэмюэл Клод; Монтеро, Дидак Мендес; Жене, Генри; Ваерович, Войцех; Дюпон, Майкл; Лаврюшев, Ян; Машон, Жюльен; Пирман, Кеннет; мана, Дханеш Нила; Стафеева Наталья; Кауфманн, Анна-Кристин; Хуаньсян Лу; Лурье, Джонатан; Фонта, Пьер-Александр; Рохас Мартинес, Алехандра Гарсия; Ульбрих, Александр Д.; Линдквист, Каролина; Хименес, Сильвия; Ротенберг, Дэвид; Маркрам, Генри; Хилл, Шон Л. (август 2022 г.). «Blue Brain Nexus: открытая, безопасная, масштабируемая система для управления графами знаний и науки, основанной на данных». Семантическая сеть . 14 (4): 697–727. дои : 10.3233/SW-222974 . S2CID  251964238.
  18. ^ BlueBrain/nexus, The Blue Brain Project, 3 июня 2021 г. , получено 4 июня 2021 г.
  19. ^ Ван Гейт В., Геварт М., Чиндеми Г., Россерт С., Куркол Дж.Д., Мюллер Э.Б. и др. (2016). «BluePyOpt: использование программного обеспечения с открытым исходным кодом и облачной инфраструктуры для оптимизации параметров модели в нейронауке». Границы нейроинформатики . 10 : 17.arXiv : 1603.00500 . дои : 10.3389/fninf.2016.00017 . ПМЦ 4896051 . ПМИД  27375471. 
  20. ^ Мильоре Р., Лупаску К.А., Болонья Л.Л., Романи А., Куркол Дж.Д., Антонель С. и др. (сентябрь 2018 г.). «Физиологическая изменчивость плотности каналов в пирамидных клетках и интернейронах CA1 гиппокампа исследована с использованием единого рабочего процесса моделирования на основе данных». PLOS Вычислительная биология . 14 (9): e1006423. Бибкод : 2018PLSCB..14E6423M. дои : 10.1371/journal.pcbi.1006423 . ПМК 6160220 . ПМИД  30222740. 
  21. ^ Масоли С., Рицца М.Ф., Сгритта М., Ван Гейт В., Шюрманн Ф., Д'Анджело Э. (2017). «Оптимизация одного нейрона как основа точного биофизического моделирования: случай гранулярных клеток мозжечка». Границы клеточной нейронауки . 11:71 . дои : 10.3389/fncel.2017.00071 . ПМК 5350144 . ПМИД  28360841. 
  22. ^ BlueBrain/BluePyOpt, Проект Blue Brain, 16 декабря 2020 г. , получено 16 декабря 2020 г.
  23. ^ Кумбхар П., Хайнс М., Фурио Дж., Овчаренко А., Кинг Дж., Делалондр Ф., Шюрманн Ф. (2019). «CoreNEURON: оптимизированный вычислительный механизм для симулятора NEURON». Границы нейроинформатики . 13 : 63.arXiv : 1901.10975 . дои : 10.3389/fninf.2019.00063 . ПМК 6763692 . ПМИД  31616273. 
  24. ^ BlueBrain/CoreNeuron, The Blue Brain Project, 15 декабря 2020 г. , получено 16 декабря 2020 г.
  25. ^ Абделла М., Эрнандо Дж., Эйлеманн С., Лапер С., Антилль Н., Маркрам Х., Шюрманн Ф. (июль 2018 г.). «NeuroMorphoVis: совместная система для анализа и визуализации морфологических скелетов нейронов, реконструированных на основе данных микроскопии». Биоинформатика . 34 (13): i574–i582. doi : 10.1093/биоинформатика/bty231. ПМК 6022592 . ПМИД  29949998. 
  26. ^ BlueBrain/NeuroMorphoVis, Проект Blue Brain, 15 декабря 2020 г. , получено 16 декабря 2020 г.
  27. ^ Дай К., Эрнандо Дж., Биллех Ю.Н., Грати С.Л., Планас Дж., Дэвисон А.П. и др. (февраль 2020 г.). «Формат данных SONATA для эффективного описания крупномасштабных сетевых моделей». PLOS Вычислительная биология . 16 (2): e1007696. Бибкод : 2020PLSCB..16E7696D. дои : 10.1371/journal.pcbi.1007696 . ПМК 7058350 . ПМИД  32092054. 
  28. ^ BlueBrain/соната, The Blue Brain Project, 28 апреля 2018 г. , получено 24 декабря 2020 г.
  29. ^ AllenInstitute/sonata, Институт Аллена, 2 декабря 2020 г. , получено 24 декабря 2020 г.
  30. ^ Эбботт А (23 января 2013 г.). «Проекты по моделированию мозга и графену выигрывают конкурс на миллиард евро». Природа . дои : 10.1038/nature.2013.12291. S2CID  61977896.
  31. ^ «Проект Blue Brain - IBM не отказалась от поддержки» . Генри Маркрам, директор проекта, цитируется IBM в Швейцарии в Technology Report от 19 января 2009 г. Проверено 14 апреля 2009 г.
  32. ^ «Проект человеческого мозга не оправдал своих обещаний» . Эд Йонг, The Atlantic, 22 июля 2019 г. 22 июля 2019 г.
  33. ^ «Собираем новые миры или садимся на мель?». Эдвин Картлидж, Horizons — швейцарский исследовательский журнал, 1 сентября 2022 г. Сентябрь 2022.
  34. ^ Эпштейн, Робет. «Пустой мозг». Эон . Проверено 8 января 2018 г.
  35. ^ Тейл, Стефан (октябрь 2015 г.). «Почему проект человеческого мозга пошел не так и как это исправить». Научный американец . doi : 10.1038/scientificamerican1015-36 . Проверено 8 января 2018 г.
  36. ^ "Проект Cajal Blue Brain" . Архивировано из оригинала 19 марта 2011 г. Проверено 7 января 2011 г.
  37. ^ "Проект Cajal Blue Brain" . cajalbbp.es . Проверено 7 февраля 2023 г.
  38. ^ «Нанотехнологический микроскоп для исследований мозга». 21 мая 2009 года . Проверено 7 января 2011 г.
  39. ^ «Оставляя место для изменений: Ной Хаттон о десятилетнем создании своего доктора по науке о мозге In Silico» . 21 июня 2021 г.
  40. ^ "Ин Силико". 30 апреля 2021 г.
  41. ^ ""In Silico" - будущее сейчас или нет?". 11 ноября 2020 г.
  42. ^ Эбботт, Элисон (07 декабря 2020 г.). «Документальный фильм рассказывает о крахе проекта мозга стоимостью в миллиард евро». Природа . 588 (7837): 215–216. Бибкод : 2020Natur.588..215A. дои : 10.1038/d41586-020-03462-3. PMID  33288920. S2CID  227950069.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с проектом Blue Brain Project .