Así es la copia virtual del cerebro más detallada que ayudará a estudiar enfermedades neurodegenerativas
Un equipo internacional de neurocientíficos creó una de las copias virtuales de cerebro más realistas y robustas hasta ahora. El modelo incluye 10 millones de neuronas, 26,000 millones de sinapsis y 86 regiones cerebrales interconectadas. Para lograrlo, los investigadores utilizaron la supercomputadora Fugaku, capaz de procesar 400 cuatrillones de operaciones por segundo (400 petaflops).
La simulación reproduce la corteza cerebral de un ratón, considerando tanto la estructura celular como el comportamiento eléctrico de millones de neuronas conectadas. El Instituto Allen, junto con centros japoneses de investigación computacional, construyeron una plataforma confiable para estudiar con mayor precisión el avance de enfermedades neurodegenerativas.
Hasta ahora, los científicos solo podían probar hipótesis sobre el Alzheimer o la epilepsia usando tejido cerebral real, lo que implicaba altos costos y escasa tolerancia a errores. Con modelos virtuales capaces de simular miles de millones de sinapsis, ahora pueden experimentar de forma segura y precisa en entornos digitales.
El Alzheimer comienza en la corteza entorrinal y el hipocampo, y luego se extiende por la corteza frontal, parietal y occipital. En las primeras etapas, afecta funciones como la memoria, el lenguaje y la atención. Más adelante, compromete el razonamiento, la orientación espacial y el juicio. En su fase avanzada, puede llegar a alterar funciones motoras y vitales. Una plataforma virtual cerebral como la recién creada supone un nuevo campo de pruebas donde se estudie este patrón de propagación, incluso antes de que se manifiesten los síntomas.
El largo camino para simular el cerebro humano
Este hito combina las bases de datos biológicas del Instituto Allen con la potencia de cálculo de las supercomputadoras más avanzadas. Para los expertos, simular el córtex de un ratón demuestra que ya existen herramientas confiables para alcanzar metas más ambiciosas.
El camino, sin embargo, parece largo. El número estimado de neuronas de un roedor oscila entre los 71 millones. Son siete veces más células que las que incluye la reciente simulación. En cambio, el cerebro humano alberga cerca de 86,000 millones de neuronas, de las cuales 16,000 millones se concentran en la corteza cerebral, responsable de las funciones cognitivas superiores. Simular este nivel de complejidad requiere una capacidad de cómputo que aún no está disponible
Los científicos se muestran optimistas con el avance. Esta simulación sigue siendo una de las más detalladas hasta ahora, pues muestra la conexión con resolución subcelular. Afirman que incluso captura los flujos iónicos y fluctuaciones de voltaje de membrana dentro de las neuronas.
“Nuestro objetivo a largo plazo es construir modelos de cerebro completo, eventualmente incluso modelos humanos, utilizando todos los detalles biológicos que nuestro Instituto está descubriendo. Ahora pasamos de modelar áreas cerebrales individuales a simular todo el cerebro del ratón”, dijo Anton Arkhipov, del Instituto Allen, en un comunicado de prensa.
Los científicos también han usado la Fugaku para investigaciones sobre la propagación del Covid-19, simulaciones de dinámica molecular para futuras medicinas, de fenómenos climáticos críticos como tifones o terremotos y hasta entrenamiento de modelos de inteligencia artificial.
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