Simulasi otak

Simulasi otak adalah konsep menciptakan model komputer yang berfungsi sebagai otak atau bagian dari otak. Pemodelan otak (atau subsistem otak) melibatkan pemodelan sifat kimia listrik dan curah neuron (misalnya gradien serotonin ekstraseluler). Sebuah model dari penghubung saraf organisme target juga diperlukan. Konektivitasnya sangat kompleks, dan kabel detailnya belum dipahami; sehingga saat ini sedang dimodelkan secara empiris pada mamalia yang lebih kecil oleh proyek-proyek seperti Proyek Blue Brain.^[1][2]

Proyek Blue Brain bermaksud membuat simulasi komputer dari kolom kortikal mamalia ke tingkat molekuler.^[2] Dengan satu perkiraan, rekonstruksi penuh konectom manusia menggunakan metodologi Proyek Blue Brain akan membutuhkan penyimpanan data hingga skala zettabita. Pada 2013, Proyek Human Brain menciptakan Platform Simulasi Otak (BSP), yang merupakan platform kolaboratif yang dapat diakses internet yang dirancang untuk simulasi model otak. Proyek Human Brain telah menggunakan teknik yang digunakan oleh Proyek Blue Brain dan dikembangkan di atasnya.^[3]

Proyek simulasi otak bermaksud untuk berkontribusi pada pemahaman yang lengkap tentang otak, dan pada akhirnya membantu proses merawat dan mendiagnosis penyakit otak.^[4]

Konektivitas sirkuit saraf untuk sensitivitas sentuhan nematoda C. elegans sederhana (cacing gelang) dipetakan pada tahun 1985^[5] dan sebagian disimulasikan pada tahun 1993.^[6] Sejak tahun 2004, banyak simulasi perangkat lunak dari sistem saraf dan otot lengkap telah dilakukan. dikembangkan, termasuk simulasi lingkungan fisik cacing. Beberapa model ini telah tersedia untuk diunduh.^[7][8] Namun, masih ada kurangnya pemahaman tentang bagaimana neuron dan koneksi di antara mereka menghasilkan berbagai perilaku yang sangat kompleks yang diamati dalam organisme yang relatif sederhana.^[9][10] Perbedaan antara kesederhanaan tentang bagaimana neuron yang dipetakan berinteraksi dengan tetangga mereka, dan kompleksitas fungsi otak secara keseluruhan yang menyebabkan kewalahan, adalah contoh dari sifat yang muncul. Jenis sifat muncul ini paralel dengan jaringan saraf tiruan, neuron yang sangat sederhana dibandingkan dengan keluaran abstrak mereka yang sering kali kompleks.^[11]

Otak lalat buah, Drosophila, juga telah dipelajari secara menyeluruh. Sebuah model simulasi otak lalat buah menawarkan model unik dari neuron yang bersaudara.^[12]

Pada Desember 2006,^[13] proyek Blue Brain menyelesaikan simulasi kolom neokortikal tikus. Kolom neokortikal dianggap sebagai unit fungsional terkecil dari neokorteks . Neokorteks adalah bagian otak yang dianggap bertanggung jawab atas fungsi tingkat tinggi seperti pikiran sadar, dan mengandung 10.000 neuron di otak tikus (dan 10 ⁸ sinapsis ). Pada November 2007, proyek ini melaporkan akhir dari fase pertama, memberikan proses berbasis data untuk membuat, memvalidasi, dan meneliti kolom neokortikal.^[14]

Jaringan saraf tiruan yang digambarkan sebagai "sebesar dan serumit setengah dari otak tikus"^[15] dijalankan pada superkomputer IBM Blue Gene oleh tim riset Universitas Nevada pada 2007. Setiap detik waktu simulasi memerlukan waktu sepuluh detik dari waktu komputer. Para peneliti mengklaim mengamati impuls saraf yang "konsisten secara biologis" yang mengalir melalui korteks virtual. Namun, simulasi tidak memiliki struktur yang terlihat pada otak tikus nyata, dan mereka bermaksud untuk meningkatkan akurasi model neuron dan sinapsis.^[16]

Blue Brain adalah proyek yang diluncurkan pada Mei 2005 oleh IBM dan Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne. Tujuan dari proyek ini adalah untuk membuat simulasi komputer dari kolom kortikal mamalia ke tingkat molekuler. Proyek ini menggunakan superkomputer berdasarkan desain Blue Gene IBM untuk mensimulasikan perilaku listrik neuron berdasarkan konektivitas sinaptik dan permeabilitas ion mereka. Proyek ini berupaya untuk akhirnya mengungkapkan wawasan tentang kognisi manusia dan berbagai gangguan kejiwaan yang disebabkan oleh neuron yang tidak berfungsi, seperti autisme, dan untuk memahami bagaimana agen farmakologis mempengaruhi perilaku jaringan.^[17]