stringtranslate.com

Проект «Голубой мозг»

Blue Brain Project — швейцарская инициатива по исследованию мозга, направленная на 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 выявления фундаментальных принципов структуры и функционирования мозга.

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

Существует ряд совместных проектов, включая Cajal Blue Brain , который координируется Мадридским центром суперкомпьютеров и визуализации (CeSViMa), а также другие проекты, реализуемые университетами и независимыми лабораториями.

История

В 2006 году проект создал свою первую модель неокортикальной колонки с упрощенными нейронами. [4] В ноябре 2007 года он завершил первоначальную модель неокортикальной колонки крысы. Это ознаменовало конец первой фазы, предоставив управляемый данными процесс для создания, проверки и исследования неокортикальной колонки. [5] [4] [6]

Некоторые исследователи считают, что неокортикальные столбцы являются наименьшими функциональными единицами неокортекса , [ 7] [8], и считается, что они отвечают за высшие функции, такие как осознанное 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. Неокортикальные столбцы крыс очень похожи по структуре, но содержат всего 10 000 нейронов и 10 8 синапсов .

В 2009 году Генри Маркрам заявил, что «детализированный, функциональный искусственный человеческий мозг может быть создан в течение следующих 10 лет». [9] Он задумал проект «Человеческий мозг» , в который внес свой вклад проект «Голубой мозг» [4] и который в 2013 году получил финансирование от Европейского союза в размере до 1,3 млрд долларов. [10]

В 2015 году проект смоделировал часть мозга крысы с 30 000 нейронов. [11] Также в 2015 году ученые из École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) разработали количественную модель ранее неизвестной связи между нейронами и астроцитами . Эта модель описывает управление энергией мозга через функцию нейроглиальной сосудистой единицы (NGV). Дополнительный слой нейронов и глиальных клеток добавляется к моделям Blue Brain Project для улучшения функциональности системы. [12]

В 2017 году Blue Brain Project обнаружил, что нейронные клики связаны друг с другом в одиннадцати измерениях. Директор проекта предположил, что сложность понимания мозга отчасти заключается в том, что математика, обычно применяемая для изучения нейронных сетей, не может обнаружить столько измерений. Blue Brain Project смог смоделировать эти сети, используя алгебраическую топологию . [13]

В 2018 году Blue Brain Project выпустил свой первый цифровой 3D-атлас клеток мозга [14], который, по словам ScienceDaily , представляет собой «переход от нарисованных от руки карт к Google Earth», предоставляя информацию об основных типах клеток, их количестве и расположении в 737 областях мозга. [15]

В 2019 году Идан Сегев, один из вычислительных нейробиологов , работающих над проектом Blue Brain, выступил с докладом под названием: «Мозг в компьютере: чему я научился, симулируя мозг». В своем докладе он упомянул, что вся кора для мозга мыши была завершена, и вскоре начнутся эксперименты с виртуальной ЭЭГ. Он также упомянул, что модель стала слишком тяжелой для суперкомпьютеров, которые они использовали в то время, и что они, следовательно, изучают методы, в которых каждый нейрон мог бы быть представлен как искусственная нейронная сеть (см. цитату для получения подробной информации). [16]

В 2022 году ученые из проекта Blue Brain Project использовали алгебраическую топологию для создания алгоритма Topological Neuronal Synthesis, который генерирует большое количество уникальных клеток, используя всего несколько примеров, синтезируя миллионы уникальных нейронных морфологий. Это позволяет им воспроизводить как здоровые, так и больные состояния мозга. В статье Кенари и др. смогли в цифровом виде синтезировать дендритные морфологии из мозга мыши, используя этот алгоритм. Они картировали целые области мозга всего из нескольких референтных клеток. Поскольку это открытый исходный код, это позволит моделировать заболевания мозга, и в конечном итоге алгоритм может привести к созданию цифровых двойников мозга. [17]

Программное обеспечение

Проект Blue Brain разработал ряд программных средств для реконструкции и моделирования мозга мыши. Все программные средства, упомянутые ниже, являются программным обеспечением с открытым исходным кодом и доступны для всех на GitHub . [18] [19] [20] [21] [22] [23]

Синий Мозг Нексус

Blue Brain Nexus [24] [25] [26] — это платформа интеграции данных, которая использует граф знаний , чтобы пользователи могли искать, размещать и организовывать данные. Она основана на принципах данных FAIR , чтобы предоставлять гибкие решения по управлению данными за пределами нейробиологических исследований.

BluePyOpt

BluePyOpt [27] — это инструмент, который используется для построения электрических моделей отдельных нейронов. Для этого он использует эволюционные алгоритмы, чтобы ограничить параметры экспериментальными электрофизиологическими данными. Попытки реконструировать отдельные нейроны с помощью BluePyOpt описаны Розанной Мильоре [28] и Стефано Масори [29] .

CoreNEURON

CoreNEURON [30] — это дополнительный инструмент к NEURON , который позволяет проводить крупномасштабное моделирование за счет увеличения использования памяти и скорости вычислений.

НейроМорфоВис

NeuroMorphoVis [31] — это инструмент визуализации морфологии нейронов.

СОНАТА

SONATA [32] — это совместный проект Blue Brain Project и Института науки о мозге Аллена по разработке стандарта формата данных, который реализует многоплатформенную рабочую среду с большей вычислительной памятью и эффективностью.

Финансирование

Проект финансируется в первую очередь правительством Швейцарии и грантом Future and Emerging Technologies (FET) Flagship от Европейской комиссии [33] , а также во вторую очередь грантами и пожертвованиями 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 проверка концепции суперкомпьютера Blue Gene . [34]

Критика

Руководство проекта Blue Brain не достигло чрезмерно амбициозных целей, поставленных им в 2013 году. [35] [36]

Еще в сентябре 2014 года раздались голоса, критикующие управление со стороны главного промоутера проекта, профессора Генри Маркрама, а также небрежность властей Брюсселя, финансировавших проект. [37] [38]

Связанные проекты

Синий мозг Кахаля

Cajal Blue Brain использовал суперкомпьютер Magerit ( CeSViMa )

Проект Cajal Blue Brain координируется Техническим университетом Мадрида под руководством Хавьера де Фелипе и использует возможности Центра суперкомпьютеров и визуализации Мадрида и его суперкомпьютер Magerit . [39] Институт Cajal также участвует в этом сотрудничестве. Основные направления исследований, которые в настоящее время проводятся в Cajal Blue Brain, включают неврологические эксперименты и компьютерное моделирование. [40] Нанотехнологии в форме недавно разработанного мозгового микроскопа играют важную роль в его исследовательских планах. [41]

Документальный фильм

Ноа Хаттон создавал документальный фильм In Silico в течение 10 лет. Фильм вышел в апреле 2021 года. [42] Фильм охватывает «изменение целей и ориентиров» [43] проекта Blue Brain, а также драму: «В конце концов, дело не в науке. Дело в универсалиях власти, жадности, эго и славы». [44] [45]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Грэхем-Роу Д. (июнь 2005 г.). «Миссия по созданию имитируемого мозга начинается». New Scientist .
  2. ^ Палмер, Джейсон. Имитация мозга, приближающая мышление, BBC News.
  3. ^ Сегев И. "ASC 2012: Проф. Идан Сегев - Синий мозг". Еврейский университет в Иерусалиме . Архивировано из оригинала 21.12.2021 . Получено 31 мая 2013 г.
  4. ^ abc "Timeline and Achievements". EPFL . Архивировано из оригинала 2024-04-11 . Получено 2024-05-10 .
  5. ^ Уитчеллс, Клинт (2007-12-20). «Лаборатория на шаг приблизилась к созданию искусственного человеческого мозга». The Guardian . ISSN  0261-3077 . Получено 10 мая 2024 г.
  6. ^ "Информация о новостях и СМИ". Blue Brain . Архивировано из оригинала 2008-09-19 . Получено 2008-08-11 .
  7. ^ Хортон Дж. К., Адамс Д. Л. (апрель 2005 г.). «Кортикальная колонка: структура без функции». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 360 (1456): 837–62. doi :10.1098/rstb.2005.1623. PMC 1569491. PMID  15937015 . 
  8. ^ Ракич П. (август 2008 г.). «Запутанные корковые колонки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (34): 12099–100. Bibcode : 2008PNAS..10512099R. doi : 10.1073/pnas.0807271105 . PMC 2527871. PMID  18715998 . 
  9. ^ "Искусственный мозг через 10 лет". BBC . 2009-07-22 . Получено 2024-05-10 .
  10. ^ Рекуарт, Тим (2013-03-18). «Воплощение виртуального мозга в жизнь». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 2024-05-10 .
  11. ^ Сэмпл, Ян (2015-10-08). «Сложная имитация живого мозга воспроизводит сенсорное поведение крысы». The Guardian . ISSN  0261-3077 . Получено 2024-05-10 .
  12. ^ Jolivet R, Coggan JS, Allaman I, Magistretti PJ (февраль 2015 г.). "Многовременное моделирование зависимой от активности метаболической связи в ансамбле нейрон-глиа-сосудистая система". PLOS Computational Biology . 11 (2): e1004036. Bibcode : 2015PLSCB..11E4036J. doi : 10.1371/journal.pcbi.1004036 . PMC 4342167. PMID  25719367 . 
  13. ^ «Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks». Frontiers Science News . 12 июня 2017 г.
  14. ^ "Blue Brain Cell Atlas". bbp.epfl.ch . Получено 2024-05-10 .
  15. ^ "Blue Brain Project выпускает первый в истории цифровой 3D-атлас клеток мозга". ScienceDaily . 28 ноября 2018 г. . Получено 18 апреля 2019 г. .
  16. ^ "Мозг в компьютере: чему я научился, моделируя работу мозга - Идан Сегев". YouTube .
  17. ^ Blue Brain строит нейроны с помощью математики Кейт Маллинз, новости EPFL. 4 июня 2022 г.
  18. ^ BlueBrain/nexus, Проект Blue Brain, 2021-06-03 , получено 2021-06-04
  19. ^ BlueBrain/BluePyOpt, Проект Blue Brain, 2020-12-16 , получено 2020-12-16
  20. ^ BlueBrain/CoreNeuron, Проект Blue Brain, 2020-12-15 , получено 2020-12-16
  21. ^ BlueBrain/NeuroMorphoVis, Проект «Голубой мозг», 2020-12-15 , получено 2020-12-16
  22. ^ BlueBrain/sonata, The Blue Brain Project, 2018-04-28 , получено 2020-12-24
  23. ^ AllenInstitute/sonata, Институт Аллена, 2020-12-02 , получено 2020-12-24
  24. ^ "Building the Blue Brain Nexus". Информатика из технологических сетей . Получено 2021-06-04 .
  25. ^ «Экосистема Nexus: лучшее управление (исследовательскими) данными». bluebrainnexus.io . Получено 04.06.2021 .
  26. ^ 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. doi : 10.3233/SW-222974 . S2CID  251964238.
  27. ^ Van Geit W, Gevaert M, Chindemi G, Rössert C, Courcol JD, Muller EB и др. (2016). «BluePyOpt: использование программного обеспечения с открытым исходным кодом и облачной инфраструктуры для оптимизации параметров моделей в нейронауке». Frontiers in Neuroinformatics . 10 : 17. arXiv : 1603.00500 . doi : 10.3389/fninf.2016.00017 . PMC 4896051. PMID  27375471 . 
  28. ^ Migliore R, Lupascu CA, Bologna LL, Romani A, Courcol JD, Antonel S и др. (сентябрь 2018 г.). «Физиологическая изменчивость плотности каналов в пирамидальных клетках гиппокампа CA1 и интернейронах, исследованная с использованием унифицированного рабочего процесса моделирования на основе данных». PLOS Computational Biology . 14 (9): e1006423. Bibcode : 2018PLSCB..14E6423M. doi : 10.1371/journal.pcbi.1006423 . PMC 6160220. PMID  30222740 . 
  29. ^ Masoli S, Rizza MF, Sgritta M, Van Geit W, Schürmann F, D'Angelo E (2017). «Оптимизация отдельных нейронов как основа точного биофизического моделирования: случай мозжечковых гранулярных клеток». Frontiers in Cellular Neuroscience . 11 : 71. doi : 10.3389/fncel.2017.00071 . PMC 5350144. PMID  28360841 . 
  30. ^ Kumbhar P, Hines M, Fouriaux J, Ovcharenko A, King J, Delalondre F, Schürmann F (2019). "CoreNEURON: оптимизированная вычислительная машина для симулятора NEURON". Frontiers in Neuroinformatics . 13 : 63. arXiv : 1901.10975 . doi : 10.3389/fninf.2019.00063 . PMC 6763692. PMID  31616273 . 
  31. ^ Абделла М., Эрнандо Дж., Эйлеманн С., Лапере С., Антилле Н., Маркрам Х., Шюрманн Ф. (июль 2018 г.). «NeuroMorphoVis: совместная структура для анализа и визуализации скелетов нейронной морфологии, реконструированных из стеков микроскопии». Биоинформатика . 34 (13): i574–i582. doi :10.1093/bioinformatics/bty231. PMC 6022592. PMID  29949998 . 
  32. ^ Dai K, Hernando J, Billeh YN, Gratiy SL, Planas J, Davison AP и др. (Февраль 2020 г.). «Формат данных SONATA для эффективного описания крупномасштабных сетевых моделей». PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007696. Bibcode : 2020PLSCB..16E7696D. doi : 10.1371/journal.pcbi.1007696 . PMC 7058350. PMID  32092054 . 
  33. ^ Эбботт А. (23 января 2013 г.). «Проекты моделирования мозга и графена выигрывают конкурс на миллиард евро». Nature . doi :10.1038/nature.2013.12291. S2CID  61977896.
  34. ^ "Blue Brain Project - IBM не отказалась от поддержки". Генри Маркрам, директор проекта, цитируемый IBM Switzerland в Technology Report 19 января 2009 г. Получено 14 апреля 2009 г.
  35. ^ «Проект «Человеческий мозг» не оправдал своих надежд». Эд Йонг, The Atlantic, 22 июля 2019 г. 22 июля 2019 г.
  36. ^ «Открывать новые миры или сесть на мель?». Эдвин Картлидж, Horizons - The Swiss Research Magazine, 1 сентября 2022 г. Сентябрь 2022 г.
  37. ^ Эпштейн, Робет. «Пустой мозг». Aeon . Получено 8 января 2018 г.
  38. ^ Тейл, Стефан (октябрь 2015 г.). «Почему проект «Человеческий мозг» провалился — и как это исправить». Scientific American . doi :10.1038/scientificamerican1015-36 . Получено 8 января 2018 г. .
  39. ^ "Cajal Blue Brain Project". Архивировано из оригинала 2011-03-19 . Получено 2011-01-07 .
  40. ^ "Проект Cajal Blue Brain". cajalbbp.es . Получено 2023-02-07 .
  41. ^ "Нанотехнологический микроскоп для исследований мозга". 21 мая 2009 г. Получено 07.01.2011 г.
  42. ^ «Оставляя место для сдвигов: Ной Хаттон о десятилетнем создании своего научного документа по мозгу In Silico». 21 июня 2021 г.
  43. ^ "In Silico". 30 апреля 2021 г.
  44. ^ «"In Silico" – будущее уже наступило, или нет?». 11 ноября 2020 г.
  45. ^ Эбботт, Элисон (2020-12-07). «Документальный фильм следует за крахом проекта мозга стоимостью в миллиард евро». Nature . 588 (7837): 215–216. Bibcode :2020Natur.588..215A. doi :10.1038/d41586-020-03462-3. PMID  33288920. S2CID  227950069.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Blue Brain Project .