Logran simular, neurona a neurona, la corteza cerebral de un ratón

Este logro espectacular fue posible gracias a 'Fugaku', el mayor superordenador de Japón, capaz de llevar a cabo cuatrillones de cálculos por segundo y procesar los datos en menos tiempo del que nos lleva parpadear. Tadashi Yamazaki, de la Universidad de Electrocomunicaciones de Japón, junto a científicos del Instituto Allen y otras tres organizaciones niponas han liderado el proyecto, que se dará a conocer durante el SC25, la principal conferencia de supercomputación del mundo, que se celebra estos días en San Luis, en Misuri.

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A partir de ahora, los científicos podrán usar el modelo para hacer preguntas detalladas sobre lo que sucede en el cerebro durante una enfermedad, observar cómo las ondas cerebrales modelan las respuestas o cómo se propagan las convulsiones, y luego probar sus hipótesis. Hasta ahora, preguntas como esas solo se podían hacer usando tejido cerebral real, y con un experimento a la vez. Ahora, sin embargo, los investigadores podrán probar sus hipótesis de forma virtual en múltiples simulaciones, lo que revelará cómo surgen los problemas antes de que aparezcan los síntomas. Además de lo cual, los científicos podrán probar nuevos tratamientos o terapias de forma segura y en un entorno digital.

«Esto muestra que la puerta está abierta -asegura Anton Arkhipov, investigador del Instituto Allen-. Podemos ejecutar este tipo de simulaciones cerebrales de manera efectiva si disponemos de la suficiente potencia de cómputo. Es un hito técnico que nos da la confianza de que otros modelos mucho más grandes no solo son posibles, sino que se pueden lograr con precisión y escala».

El hito fue posible gracias a la combinación de los avances en neurociencia con el creciente poder de computación de las máquinas. Así, el instituto Allen proporcionó el 'plano' y las propiedades biofísicas del cerebro virtual a través de datos reales de la Base de Datos de Tipos de Células de Allen y el Atlas de Conectividad de Allen, y el superordenador Fugaku dio 'vida' a esos datos.

Fugaku, desarrollado conjuntamente por las empresas RIKEN y Fujitsu, es una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, capaz de realizar más de 400 mil billones de operaciones por segundo. Para poner esto en perspectiva, si empezáramos a contar ahora mismo, desde el uno y a un ritmo de un número por segundo, necesitaríamos más de 12.700 millones de años para llegar a esa cifra (casi la edad del universo, que es de 13.800 millones de años). El nombre 'Fugaku' proviene del Monte Fuji, uno de los símbolos de Japón, y fue elegido para simbolizar el extraordinario poder de la máquina.

«Fugaku -explica Yamazaki- se utiliza para la investigación en una amplia gama de campos de la ciencia computacional, como la astronomía, la meteorología y el descubrimiento de fármacos. En esta ocasión, lo hemos utilizado para una simulación de circuito neuronal».

De hecho, y usando el 'kit' de herramientas de modelado cerebral del Instituto Allen, el equipo trasladó los datos al simulador cerebral. Neulite, otro simulador, esta vez de neuronas, convirtió las ecuaciones en neuronas capaces de dispararse, señalizar y 'parlotear' del mismo modo en que lo hacen sus contrapartes vivas.

El resultado fue algo muy similar a ver biología en tiempo real. La simulación, de hecho, es capaz de capturar la estructura y el comportamiento reales de las células cerebrales, hasta las ramas provenientes de las neuronas, las activaciones de las sinapsis, (los pequeños contactos que transmiten mensajes de una neurona a otra), y el flujo y reflujo de señales eléctricas a través de las membranas. «Es una hazaña técnica, pero es solo el primer paso -dijo Yamazaki-. Dios está en los detalles, y también en los modelos biofísicamente detallados, creo».

«Nuestro objetivo a largo plazo -dice Arkhipov por su parte- es construir modelos de todo el cerebro, eventualmente incluso modelos humanos, utilizando todos los detalles biológicos que nuestro Instituto está descubriendo. Ahora ya estamos pasando de modelar áreas cerebrales individuales a simular todo el cerebro del ratón».

Gracias al aumento de los datos disponibles y un poder computacional que no deja de aumentar, conseguir un modelo cerebral completo y preciso ya no es solo cosa de ciencia ficción. Los científicos, de hecho, están ya a punto de cruzar una nueva frontera. Una en la que comprender el cerebro significa, literalmente, ser capaces de construir uno.