Projekt Blue Brain odbudowuje mózg, by lepiej go zrozumieć

Ludzki mózg został opisany jako najbardziej złożony system, który istnieje, ale to nie przeszkadza neurobiologom i inżynierom marzyć o tym, aby w pełni zrozumieć jego działanie. W rzeczywistości, niektóre z nich zaproponowano do stworzenia cyfrowej reprodukcji ludzkiego mózgu być w stanie przeprowadzić z nim badania, które byłyby niemożliwe do przeprowadzenia z obserwacji i eksperymentowania z rzeczywistym systemem nerwowym podczas pracy.

To jest właśnie cel projektu Blue Brain, niezwykle ambitnej inicjatywy, która została zainicjowana w 2005 r. Przez IBM i szwajcarski uniwersytet (École Polytechnique Fédérale de Lausanne lub EPFL).

Co zostało dotychczas zrobione w IBM

Od ponad dziesięciu lat Projekt Blue Brain Buduje model komputerowy, który zawiera informacje o strukturze i funkcjonowaniu małej części mózgu szczura. Ta cyfrowa rekonstrukcja, która dziś odpowiada za niewiele ponad jedną trzecią milimetra sześciennego tkanki, ma na celu wierne odtworzenie sposobu, w jaki komórki nerwowe łączą się i aktywują wzajemnie, a nawet jak fakt, że te wzory aktywacji powodują, że mózg zmienia się fizycznie z upływem czasu z powodu plastyczności mózgu.

Oprócz obejmowania wielu innych obszarów mózgu, projekt Blue Brain musi dokonać jakościowego skoku, który obejmuje przejście od cyfrowej rekonstrukcji mózgu szczura, aby zrobić to samo z ludzkim mózgiem, dużo większy i bardziej złożony.

Do czego można wykorzystać ten cyfrowy mózg??

Celem projektu Blue Brain jest ostatecznie, stworzyć model komputerowy, dzięki któremu można do pewnego stopnia przewidzieć sposób, w jaki obszar tkanki neuronalnej zostanie aktywowany, jeśli zostanie pobudzony w określony sposób. Oznacza to, że chodzi o stworzenie narzędzia do testowania hipotez i próbowania wielokrotnego powtarzania wszelkiego rodzaju eksperymentów przeprowadzanych z prawdziwymi mózgami, aby sprawdzić, czy wyniki były solidne, a nie wynik przypadkowy.

Potencjał tego projektu może być ogromny, według jego promotorów, ponieważ istnienie cyfrowej rekonstrukcji dużych rozszerzeń neuronów pozwoliłoby uzyskać „testowy manekin”, w którym można eksperymentować z wszelkiego rodzaju sytuacjami i różnymi zmiennymi, które wpływają na sposób w którym aktywowane są komórki nerwowe ludzkiego mózgu.

Dzięki temu modelowi moglibyśmy na przykład zbadać, jak działają wszystkie rodzaje procesów poznawczych, takie jak nasz sposób wywoływania wspomnień lub wyobrażania sobie planów działania, a także możemy przewidzieć, jakie objawy wywołają obrażenia w niektórych obszarach kora mózgowa Ale w dodatku może służyć rozwiązaniu jednej z wielkich tajemnic ludzkiego mózgu: jak powstaje świadomość, subiektywne doświadczenie tego, co żyjemy.

Studiowanie świadomości

Idea, że ​​świadomość powstaje w wyniku skoordynowanej pracy dużych sieci neuronów rozmieszczonych w mózgu, zamiast polegać na dobrze zdefiniowanej strukturze i ukryta przez jakąś część centralnego układu nerwowego, cieszy się bardzo dobrym zdrowiem. To sprawia, że ​​wielu neuronaukowców w to wierzy aby zrozumieć, czym jest natura świadomości, ważne jest, aby spojrzeć na wzorce zsynchronizowanej aktywacji wielu tysięcy neuronów jednocześnie, i nie tyle osobno bada struktury anatomiczne mózgu.

The Blue Brain Project pozwoliłoby nam obserwować i interweniować w czasie rzeczywistym na temat wzorców aktywacji wielu sieci neuronowych, coś, co można zrobić tylko w bardzo ograniczony sposób za pomocą prawdziwych mózgów i zobaczyć, na przykład, jakie zmiany zachodzą, gdy ktoś przechodzi od przebudzenia do snu bez śnienia, i co się dzieje, gdy świadomość powraca w postaci snów podczas Faza REM.

Wady projektu Blue Brain

Szacuje się, że ludzki mózg zawiera około stu miliardów neuronów. Do tego musimy dodać, że funkcjonowanie układu nerwowego jest wyjaśnione bardziej przez to, jak neurony oddziałują ze sobą niż przez ich ilość, która może się znacznie różnić bez wpływu na ogólne funkcjonowanie mózgu, a zatem istotne są tysiące połączeń synaptycznych każdy neuron może ustanowić z drugim. W każdym połączeniu synaptycznym między dwoma neuronami są ponadto miliony neuroprzekaźników, które są uwalniane w sposób ciągły. Oznacza to, że wierne odtworzenie ludzkiego mózgu jest niemożliwym zadaniem, niezależnie od liczby lat, które są poświęcone tej firmie.

Twórcy projektu Blue Brain muszą nadrobić te braki, upraszczając funkcjonowanie swojego cyfrowego mózgu. To, co robią, polega zasadniczo na badaniu funkcjonowania niewielkiej części mózgu kilku szczurów (informacje zebrane przez dwadzieścia lat) i „skondensowaniu” tych informacji w celu opracowania algorytmu przewidującego schematy aktywacji tych komórek nerwowych. Po wykonaniu tej czynności z grupą 1000 neuronów naukowcy ponownie wykorzystali ten algorytm do odtworzenia 31 000 neuronów aktywujących w ten sam sposób.

Fakt, że został tak uproszczony w konstrukcji tego tymczasowego modelu i że zrobi to samo z ludzkim mózgiem, który chce odtworzyć, sprawił, że wiele głosów powstało przeciwko takiemu projektowi, tak drogiemu i powolnemu rozwojowi. Niektórzy neuronaukowcy uważają, że idea cyfrowego odtwarzania mózgu jest absurdalna, ponieważ układ nerwowy nie działa z językiem binarnym lub z predefiniowanym językiem programowania. Inni po prostu twierdzą, że koszty są zbyt wysokie dla wydajności, którą można wykorzystać w projekcie. Czas pokaże, czy inicjatywa projektu Blue Brain daje oczekiwane owoce.