?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Синий моск

Проект Blue Brain ведется совместно École Polytechnique Fédérale de Lausanne и IBM. Цель проекта — создание биологически достоверной, функциональной модели мозга. Проект начался в 2005 году. Первая фаза, заявленная тогда и успешно завршенная в 2006 году — создание биологически достоверной модели кортикальной колонки, базовой «микросхемы» коры головного мозга млекопитающих.



Мозг млекопитающих (включая человека) содержит структуру, которой не было у биологических предшественников семейства: неокортекс, или «новую кору». Эта структура представляет собой слой нервной ткани, расположенной на внешней поверхности мозга (отсюда название «кора»). Толщина коры у человека — всего около 2 мм, но площадь ее довольно велика. Неокортекс отвечает за зрение, осязание, моторику, а у человека — еще и за мышление. Эта структура состоит по глубине из шести слоев клеток, а по площади из огромного множества колонок — шестислойных ячеек, обеспечивающих обработку информации. Колонка неокортекса диаметром в 0,5 мм включает в себя порядка 10000 нейронов и 30 миллионов соединений между ними — синапсов — причем нейроны эти разных типов, и исполняют разные функции.

Чтобы получить достоверную модель ионных каналов нейрона — а ионный канал играет роль проводника между нейронами — инженеры проекта построили автоматического лаборанта. Этот робот подсоединяет проводники датчиков к одной клетке, которая затем подвергается различным биохимическим воздействиям. Чтобы собрать необходимое количество данных, робот работал круглосуточно в течение полугода.

Когда модели нейронов были готовы, их соединили в точную копию колонки двухнедельной крысы. Специальный алгоритм располагал нейроны в пространстве в соответствии с принципами расположения живых нейронов, и соединял их так же, как соединяются в мозге настоящие нейроны. Все 10000 соединений и 30 миллионов синапсов в результате этого долгого вычисления «заняли свои места».

На входные соединения построенной колонки стали подавать такие же сигналы, какие приходят на настоящую колонку крысиного мозга. И… произошло вычислительное чудо: модель стала развиваться в точности так, как развивается живая колонка мозга! Нейроны синхронизировались, новые синапсы появлялись и отмирали точно так же, как это происходит в мозге мыши. Модель ожила.

Работает эта модель на параллельном суперкомпьютере IBM Blue Gene/L с 8192 процессорами общей производительностью «всего» 22,8 TFLOP, то есть триллионов вычислений в секунду. «Всего» — потому что старшие модели семейства нового поколения Blue Gene/P уже превзошли по производительности рубеж в 1 PFLOP. Приставка пета- означает 1015, или миллион миллиардов вычислений в секунду.

В ноябре прошлого года было объявлено о завершении первой фазы проекта, выполнившей все три заявленные цели: разработка среды моделирования для автоматического конструирования нейронных цепей; процесс моделирования и калибровки, который поддерживает модель биологически достоверной; и, наконец, собственно биологически точная модель крысиной неокортикальной колонки.

Зачем нам нужна точная модель крысиного мозга? Во-первых, снимать данные с реального мозга очень сложно. Можно подключиться к нескольким нейронам, но это сопряжено с тончайшей нейрохирургией. Во-вторых, мы можем снимать данные с модели мозга в любом объеме — записывать активность любого количества нейронов сразу. Но это — гигабайты данных в секунду. Здесь поможет в-третьих: любой эксперимент с вычислительной моделью можно повторить с любого места, если потребуются дополнительные данные. Все параметры всех нейронов перед исследователем, равно и легко доступны. Ничего и близкого к такой доступности информации при исследованиях на живых крысах у нас нет.

Сегодня ученые работают над уточнением алгоритма «строительства» колонки, чтобы не только работа колонки, но и ее структура порождалась в соответствии с генетической программой живой нервной ткани. Это даст нам ключ к пониманию генетических нарушений структуры нервной ткани, а, значит, будет шагом к ее исправлению, лечению тяжелых наследственных нервных нарушений.

Сегодня уже работает модель целого крысиного мозга — правда, на упрощенных «нейронах»; это не полная биохимическая модель. Пока ее скорость в 10 раз меньше, чем требуется для управления крысиным роботом в реальной среде.

А завтра? В течение 10 лет мы получим модель мозга, равного по величине человеческому. Разовьется ли в нем сознание и мышление? Мы не знаем. Но очень интересно было бы узнать!

* * *

Веб-сайт проекта. // Картинки и фильмы. // Библиография.

Научно-популярные публикации:

J. Lehrer. Out of the Blue. SEED, March 2008.

D. Graham-Rowe. A Working Brain Model. MIT Tech. Rev., Nov. 2007

Comments

( 42 comments — Leave a comment )
sentiment_ru
Oct. 29th, 2008 07:23 am (UTC)
Знаете, я полгода моделировал S-фазу клеточного деления. В качестве участника проекта моделирования полного клеточного цикла, ага. И со знанием дела заявляю: все это моделирование - полнейшая лажа. Мультипликатор ведет карандашом по бумаге, а мы программируем в матлабе - но это по сути одно и тоже. Все подгоняется под красивый мультфильм на выходе, соответствующий нашим представлениям о клеточном делении.
Ну и что, что у меня мультик считался одним пентиумом двое суток, а ребята арендовали аж 20 терафлоп. Больше денег осваивают - молодцы.
darth_vasya
Oct. 29th, 2008 07:59 am (UTC)
Все широкие обобщения ошибочны.
Если у вас получается лажовое моделирование, это ещё не значит, что всё это моделирование - полнейшая лажа :)
sentiment_ru
Oct. 29th, 2008 08:09 am (UTC)
Re: Все широкие обобщения ошибочны.
не у меня получается, а так это делается
публике нужен красивый мультфильм и ей дают это
клетку на тот момент только две группы в мире моделировали. И примерно вровень шли. А это очень важная задача, важней уж некуда.
bvn_mai
Oct. 29th, 2008 05:40 pm (UTC)
Re: Все широкие обобщения ошибочны.
Полностью согласен и поддерживаю
ivanov_petrov
Oct. 29th, 2008 07:39 am (UTC)
_В течение 10 лет мы получим модель мозга, равного по величине человеческому_
шикарная фраза. а что мешало написать, что через 15 лет мы сможем построить модель мозга, в 125 раз больше человечесткого?
fregimus
Oct. 29th, 2008 07:49 am (UTC)
Мне? Ну, если предполагать, что я это все насочинял, то, в общем, ничего…
kobak
Oct. 29th, 2008 09:52 am (UTC)
Интересно, что Вы, fregimus, пишете обо всём этом без малейшего скепсиса.

Готов биться об заклад, что через 10 лет мы НЕ "получим модель мозга, равного по величине человеческому".

Вообще, красивые мультики из Blue Brain я видел уже несколько раз на разных конференциях. Обычно они сопровождаются воодушевленными докладами в духе Вашего постинга (вот уже, мол, совсем скоро мы разгадаем загадку мозга). Отношение к этому проекту, которое я вижу вокруг: крайне скептическое, с оттенком "Henry Markram gone completely crazy". Никаких особо значимых результатов у всего этого проекта пока нет, а хайпа -- ВАГОН.
fregimus
Oct. 29th, 2008 10:28 am (UTC)
Ну напишите со скепсисом. А я уж так.

Это оценка скорее касается вычислительной мощности компьютеров, а не качества нейронных моделей.

Об отношению к этому проекту я знаю. Это ни о чем не говорит, между прочим. А значимость результата — параметр весьма необъективный.
(no subject) - kobak - Oct. 29th, 2008 10:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 06:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - kobak - Oct. 29th, 2008 07:01 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 11:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - bvn_mai - Oct. 29th, 2008 06:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - bvn_mai - Oct. 29th, 2008 06:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 06:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - bvn_mai - Oct. 29th, 2008 07:32 pm (UTC) - Expand
(no subject) - kobak - Oct. 29th, 2008 06:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 06:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - kobak - Oct. 29th, 2008 07:04 pm (UTC) - Expand
bvn_mai
Oct. 29th, 2008 05:49 pm (UTC)
Если бы Вы добавили в каких единицах сравнивать мозг и его модель, возможно был бы предмет для разговора :). Мне почему то кажется, что Вы захотите их соизмерять в килограммах.
(no subject) - ivanov_petrov - Oct. 29th, 2008 05:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - bvn_mai - Oct. 29th, 2008 06:20 pm (UTC) - Expand
(no subject) - ivanov_petrov - Oct. 29th, 2008 06:21 pm (UTC) - Expand
yurvor
Oct. 29th, 2008 06:00 pm (UTC)
Да причём тут эта фраза? Получим или не получим - будет ясно через 10 лет :) А теперешний результат и сам по себе замечателен...

"модель стала развиваться в точности так, как развивается живая колонка мозга! " - вот это самое интересное! Понятно, что на каком-то количестве колонок начнутся расхождения. Вот и интересно, на каком, и почему. А пока - всё замечательно.
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 08:03 pm (UTC) - Expand
(no subject) - yurvor - Oct. 29th, 2008 08:27 pm (UTC) - Expand
darth_vasya
Oct. 29th, 2008 07:54 am (UTC)
> Неокортекс отвечает за зрение, осязание, моторику, а у человека — еще и за мышление.

Вот так эволюция и работает: наш главный предмет гордости, это самое "мышление", происходит на оборудовании, приспособленном под совершенно другие задачи - чего уж тут удивляться всем этим креационистам, конспирологам и прочим! :)
fregimus
Oct. 29th, 2008 08:06 am (UTC)
Вообще, если серьезно, не перестаю сокрушаться, до чего же хреновое у меня это самое мышление. Хочется его как-то… Никак не соображу, что. Вот.
darth_vasya
Oct. 29th, 2008 08:14 am (UTC)
Собратья-трансгуманисты рекомендуют майндмэпы и много других полезных "протезов", не пробовали что-нибудь подобное?
(no subject) - fregimus - Oct. 29th, 2008 08:34 am (UTC) - Expand
yurvor
Oct. 29th, 2008 06:00 pm (UTC)
Так это основной способ появления новых функций, вообще-то.
darth_vasya
Oct. 29th, 2008 06:25 pm (UTC)
Я и говорю: так и работает!
( 42 comments — Leave a comment )