Numerele anterioare

2, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 34, 35, 36, 38, 39, 41, 42, 43, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 67, 68, 69, 70, 71,
 

Lunile anterioare


 

Autor


 

Proiectul Blue Brain

Florin STAN

Proiectul Blue Brain este primul efort multidisciplinar de înțelegere a funcționării și a disfuncțiilor creierului prin metoda ingineriei inverse (reverse engineering, RE) aplicată la creierul de mamifere, mai concret prin simulări detaliate.

În iulie 2005, EPFL și IBM au anunțat o inițiativă de cercetare nouă și incitantă – un proiect privind crearea unui model funcțional și corect al creierului, folosind super­computerul IBM Blue Gene. De dimen­siuni similare celor ale Proiectului Ge­nomul, Blue Brain va reprezenta un salt uriaș al cunoștințelor despre func­ționarea și disfuncțiile creierului și ne va ajuta să explorăm soluții la pro­ble­me incurabile din domeniul sănătății mintale și al bolilor neurologice.
Până la sfârșitul lui 2006, proiectul Blue Brain crease modelul unității funcțio­nale de bază a creierului, coloa­na neocorticală. La o simplă apăsare pe un buton, modelul a reușit să re­cons­truiască neuroni corecți din punct de vedere biologici, pe baza datelor experimentale detaliate, și să îi conec­teze automat în manieră biologică, sarcină ce presupune poziționarea a aproximativ 30 de milioane de sinapse în locații 3D exacte.
În noiembrie 2007, proiectul Blue Brain a ajuns la un punct de cotitură – și la finalul primei etape – o dată cu anunțarea unui întreg nou proces infor­matizat de creare, validare și cercetare a coloanei neocorticale.
Despre Proiectul Blue Brain
Cortexul, complexa „materie cenușie” care reprezintă până la 80% din creierul uman, este însărcinat cu capacitatea noastră de a ne aminti, de a gândi, de a reflecta, de a empatiza, de a comunica, de a ne adapta la situații noi și de a planifica viitorul. Cortexul e întâlnit la mamifere și are o structură în esență simplă, repetitivă, aceeași la toate speciile de mamifere.
Creierul este „populat” de miliarde de neuroni, fiecare conectat cu mii de „vecini” prin dendrite și axoni, un fel de rețea de cabluri biologice. Creierul pro­cesează informații trimițând semnale electrice de la neuron la neuron prin aceste cabluri. În cortex, neuronii sunt organizați în unități funcționale de bază, volume cilindrice late de 0,5 mili­metri și înalte de 2 milimetri, formate fiecare din aproximativ 10.000 de neuroni care sunt legați înntr-un mod complex, dar uniform. Aceste unități ope­rează cam ca microcircuitele dintr-un computer. Acest microcircuit, cu­nos­cut sub numele de coloană neocor­t­icală (CNC), se repetă de milioane de ori în întregul cortex. Diferența dintre creierul unui șoarece și cel al unui om este, în esență, una de volum – oa­me­nii au mult mai multe coloane neocor­ti­cale și, așadar, neuroni, decât șoarecii.
Această structură se pretează unei abordări de modeling de sistem. Și într-adevăr, primul pas al Proiectului Blue Brain a fost recrearea acestui micro­cir­cuit fundamental, până la nivelul neu­ro­­nilor individuali. Mai departe, microcircuitul poate fi folosit în simulări.
Modelarea neuronilor

Neuronii nu sunt toți la fel – au o diversitate de forme complexe. Forma și structura exactă a unui neuron in­fluențează proprietățile electrice ale acestuia și conectivitatea cu alți neu­roni. Proprietățile electrice ale neuro­nu­lui sunt determinate în mare măsură de o varietate de canale ionice distri­bui­te în diferite densități în întrea­ga mem­brană a celulei. Cerce­tătorii adu­nă date de laborator despre morfologia și comportamentul electric al neuro­nu­lui la cobai de mulți ani, iar aceste date sunt folosite ca bază pentru modelul folosit de Blue Gene pentru a recrea fiecare din cei 10.000 de neuroni din CNC.
Conexiunile modelului

Pentru a modela coloana neocor­ticală, este esențială cunoașterea com­poziției, densității și distribuției nume­roaselor tipuri de celule corticale. Fie­care clasă de celule este întâlnită în anu­mite niveluri ale coloanei. Densi­ta­tea exactă a fiecărui tip de celulă și volumul spațiului pe care îl ocupă oferă infor­mații esențiale pentru pozițio­na­rea celulei și construirea bazei cir­cuitului cortical. Fiecare neuron este conec­tat de mii de alți neuroni în punctele în care se ating dendritele și axonii lor, puncte cunoscute ca sinap­se. Într-o coloană cu 10.000 de neu­roni, asta înseamnă trilioane de posi­bile conexiuni. Blue Gene este folosit în acest calcul intensiv extrem pentru a deter­mina locația sinapselor, „jon­glând” cu neuronii în spațiul 3D pentru a identifica scenariul de conexiune optim.
Modelarea coloanei

Rezultatul tuturor acestor calcule este o recreare la nivel celular a coloa­nei neocorticale, microcircuitul de bază al creierului. În acest caz, este vorba de coloana corticală a unui pui de cobai. Până acum, aceasta este sin­gura replicare corectă din punct de vedere biologic al CNC – neuronii sunt realizați realist din punct de vedere biologic, iar conectivitatea este opti­mizată. Acest lucru ar fi fost imposibil fără capacitatea uriașă de calcul a lui Blue Gene. Un model de CNC a fost finalizat la sfârșitul lui 2006. 
În noiembrie 2007, Proiectul Blue Brain a anunțat oficial încheierea etapei întâi a proiectului, cu trei realizări concrete:
1. un cadru nou de modelare pentru construcția automată, la cerere, de circuite neurale pe baza datelor biologice;
2. un nou proces de simulare și calibrare care analizează automat și sistematic acuratețea biologică și coerența fiecărei revizuiri a modelului;
3. primul model de coloană neocorticală de nivel celular construit în întregime pe baza datelor biologice, care poate servi acum ca instrument-cheie pentru cercetarea pe bază de simulări.
Simularea microcircuitului

Odată microcircuitul construit, misiunea incitantă de a face circuitul să funcționeze poate începe. Toți cei 8.192 de procesori ai lui Blue Gene sunt puși la treabă, într-un calcul în paralel care să rezolve ecuațiile matematice complexe ce guvernează activitatea electrică în fiecare neuron atunci când este aplicat un stimul. În prezent, timpul necesar pentru a simula circuitul este de aproape două ordine de mărime mai mare decât timpul biologic real care se simulează. Echipa Blue Brain încearcă să eficien­tizeze calculul, astfel încât circuitul să funcționeze în timp real – adică o se­cundă de activitate să poată fi modelată într-o secundă.

 Interpretarea rezultatelor

Realizarea simulării Blue Brain generează cantități uriașe de date. Analizele neuronilor individuali trebuie repetate de mii de ori. Iar analizele privind activitatea rețelei necesită gestionarea unor date care pot ajunge ușor la sute de gigabiți pe secundă de simulare. Folosind computere paralele, datele pot fi analizate acolo unde sunt create (analiză la server pentru datele experimentale și analiză online în timpul simulării).
Dată fiind complexitatea geo­me­trică a coloanei, explorarea vizuală a circuitului este o parte importantă a analizei. Cartografierea datelor din si­mu­lare pe morfologie este neprețuită pentru verificarea imediată a activității unei singure celule sau a fenomenelor din rețea. Arhitecții de la EPFL au cola­borat cu dezvoltatorii Blue Brain pen­tru realizarea unei interfețe de vizualizare care să transpună datele Blue Gene într-o reprezentare vizuală 3D a coloa­nei. Un alt supercomputer este folosit pentru această sarcină de calcul intens. Vizualizarea formelor neuronilor este o sarcină dificilă, dat fiind că o coloană de 10.000 de neuroni redați în mesh de bună calitate înseamnă în esență un miliard de triunghiuri pentru care este nevoie de aproximativ 100 GB de date de gestionare. Datele de simulare cu rezoluție de compartiment electric pentru fiecare neuron repre­zin­tă încă 150GB. Pe măsură ce impulsul electric trece prin coloană, neuronii se aprind și își schimbă culoarea, întrucât devin activi din punct de vedere elec­tric.
O interfață vizuală ar permite iden­tificarea rapidă a zonei de interes care apoi poate fi studiată mai în detaliu prin noi simulări. De asemenea, repre­zentarea vizuală poate fi folosită la compararea rezultatelor simulării cu experimentele care arată activitatea electrică din creier. Această calibrare – compararea funcționării circuitului Blue Brain cu experimentul, îmbu­nă­tă­țirea și rafinarea lui – este cea de-a doua etapă a Proiectului Blue Brain, estimată a se încheia la sfârșitul lui 2007.
Ce urmează în Proiectul Blue Brain?
Etapa întâi marchează finalizarea unui proces de cercetare pentru de­mons­trarea unui principiu și bazat pe simulare care s-a încheiat cu dezvol­ta­rea unui model de nivel celular de coloană neocorticală. A fost atins un asemenea nivel de acuratețe biologică, încât acest model în sine servește acum ca instrument principal în eva­lua­rea coerenței și a relevanței datelor neuro-biologice, oferind în același timp sprijin pentru noi eforturi de expe­ri­men­tare. Aceste noi date vor contribui la o rafinare și mai mare a modelului coloanei neocorticale. Procesul per­mi­te oamenilor de știință din domeniu să caute răspunsuri la probleme științifice prin integrarea datelor experimentale disponibile și evaluarea ipotezelor de dinamică a rețelelor și de funcționare neurală.
Finalizarea etapei întâi oferă un fun­dament pentru creșterea rezoluției modelelor la nivel molecular și pentru extinderea dimensiunii modelelor până la întregul creier de mamifer.
În viitor, informații privind nivelul molecular și genetic vor fi adăugate la algoritmii care generază neuronii indi­vi­duali și conexiunile lor, și astfel acest nivel de detaliere va fi reflectat în construirea circuitului. Simulările pot fi folosite pentru a analiza ce se întâmplă atunci când aceste informații mole­cu­la­re sau genetice sunt alterate – situa­ții cum ar fi o variație genetică în anu­miți neurotransmițători sau ce se întâm­plă atunci când mediul molecular este modificat cu ajutorul medica­mentelor.Proiectul va continua să crească și va include, în mod necesar, oameni de știință și grupuri de cercetători din întreaga lume.

Publicat în : Tehnologie  de la numărul 53

Comentarii

Nu există nici un comentariu. Fii primul care comentează acest articol!

Număr curent

Coperta ultimului număr al revistei

Semnal editorial

Emil Constantinescu - Pacatul originar, sacrificiul fondator

Revolutia din decembrie ’89: Pacatul originar, sacrificiul fondator este prima carte dintr-o serie de sapte volume dedicate ultimelor doua decenii din istoria României. „Nu am pretentia ca sunt detinatorul unui adevar politic, juridic sau istoric incontestabil, si sunt gata sa discut si sa accept orice documente, fapte sau marturii care pot lumina mai bine sau chiar altfel realitatea. Educatia mea stiintifica si religioasa m-a ajutat sa cercetez faptele în mod obiectiv, eliberat de ura sau intoleranta. Recunosc însa o anume încrâncenare în ceea ce am scris venita din durerea unui om care a trait în miezul evenimentelor si se simte lovit de acceptarea cinica a crimelor, abuzurilor, coruptiei si minciunii, sau de indiferenta la fel de cinica cu care sunt înca privite de catre o mare parte a societatii românesti.... Am scris aceste carti de pe pozitia victimelor mintite sau speriate, care nu-si cunosc sau nu-si pot apara drepturile. Le-am scris de pe pozitia milioanelor de români cinstiti care cred în adevar, în dreptate si în demnitate.” Emil Constantinescu (text preluat din Introducerea cartii).

Mircea Malita - Mintea cea socotitoare

MINTEA CEA SOCOTITOARE
de academician Mircea Malita, Editura Academiei Române, 2009
În volumul de eseuri „Mintea cea socotitoare“, aparut la Editura Academiei Române, acad. Mircea Malita formuleaza în crescendo o serie de întrebari grave ale timpului nostru: Daca omul este rational, de ce se fac atâtea greseli în economie
sau în politica?; Daca rationalitatea nu e de ajuns, care ar fi rolul întelepciunii?; Din viitorul imprevizibil putem smulge portiuni, daca nu certe, cel putin probabile?; Ce si cum învatam pregatindu-ne pentru viitorul nostru?; Este în stare omenirea sa îsi vindece crizele?; Ne asteapta oare un dezastru final? s.a. De-a lungul anilor, acad. Mircea Malita a staruit asupra acestor teme în lucrari recunoscute, însa acum o face raportându-se la dinamica realitatii imediate, inspirat de cuvintele lui Dimitrie Cantemir: „socoteala mintii mele, lumina dinlauntrul capului“. Eseurile sunt structurate pe patru parti - „Mintea senina“, „Metaforele mintii“, Mintea învolburata“ si „Privind înainte“. Finalul este de un optimism lucid care tine seama de potentialul de rationalitate si imaginatie al mintii umane si, fireste, de generatiile tinere care îl pot valoriza benefic.

Virginia Mircea - Poezii (vol.1 - Mișeii, vol.2 - Vise, îngeri, amintiri), Editura Cadran Politic Virginia Mircea - Poezii (vol.1 - Mișeii, vol.2 - Vise, îngeri, amintiri), Editura Cadran Politic

Această carte de poezie este seismograful de mare sensi­bilitate care înregistrează cele două întâlniri ale sufletului, deo­potrivă cu URÂTUL care ne schilodește ca ființă, ca neam, dar și cu FRUMU­SEȚEA sufletească nepoluată ce stă ca o fântână cu apă curată pe un câmp plin cu peturi și gunoaie nede­gra­da­bile. Ce poate fi mai dureros decât să surprinzi această fibră distrusă de aluviunile istorice încărcate de lașități, inerții, apatii, compromisuri devenite congenitale ale ro­mâ­nului? Vibrația ver­su­rilor, directețea lor, simplitatea dusă până în marginea cotidianului para­do­xal n-au efect distructiv asupra tonu­sului moral al cititorului, ci produc „neli­niștea cea bună”, cum ar spune Sfin­ții Părinți. Citești în revolta și durerea poetei un mănunchi admirabil de calități: o demnitate neînfrântă, o fizio­logie a verticalității și, mai ales, o inimă creștină, „o inimă din ceruri”, cum ar spune poetul latin. Căci, în aceast㠄inimă din ceruri”, există lacrimi deopotrivă pentru românul umi­lit, distrus până și-n visele lui, dar și pentru copilul din Gaza, cu sufletul și trupul chircite sub șenilele tancurilor unui război ce tinde să devină mai lung decât viața lui, ale unui „război-viață”, lacrimi pentru copilul evreu ce nu a putut fi salvat de la deportarea bestială, lacrimi pentru Tibetul sfâșiat. Și toate acestea fără impostura unui ecumenism sentimental, ci izvorâte din acel suspin curat românesc ce face esența lacrimii creștine. (Dan Puric)

ISLAMUL SI SOARTA LUMII - Fundamentalismul islamic ca ideologie politica

ISLAMUL SI SOARTA LUMII - Fundamentalismul islamic ca ideologie politica de Virginia Mircea "Islamul si soarta lumii - Fundamendamentalismul ca ideologie politca invita la o reflectie mai adanca asupra porceselor lumii contemporane. Judecata critica si independenta a autoarei a produs o lucrare de o veritabila investigatie stiintifica, exact la momentul in care tema tratata deseori fara solutii si perspective ocupa scena din fata a politicii si problemelor mondiale. Cititorii o pot aseza cu satisfactie in bliblioteca lor de referinta. Vor fi mult ajutati in intelegerea evenimentelor care ne sesizeaza in prezent si intr-un viitor in care tema nu se va desprinde de mersul lumii contemporane." (academician Mircea Malita)

Parteneri

Institutul de Proiecte pentru Inovatie si Dezvoltare The National Centre for Sustainable Development

Login: