Человеческий мозг в цифре: зачем учёным понадобилась его симуляция

Generated by DALL·E

Учёные по всему миру всё ближе подходят к задаче, которая ещё недавно казалась фантастикой, — созданию компьютерной модели человеческого мозга. Речь идёт не о переносе сознания или «цифровом бессмертии», а о попытке воспроизвести работу мозга с помощью суперкомпьютеров, чтобы лучше понять, как он устроен.

Современные вычислительные системы уже способны обрабатывать объёмы данных, сравнимые с масштабами реального мозга. Самые мощные суперкомпьютеры могут моделировать работу миллиардов нейронов — клеток, из которых состоит нервная система. Это стало возможным благодаря переходу к экзафлопсным вычислениям, то есть системам, выполняющим квинтиллион операций в секунду.

Ранее исследователи изучали мозг по частям. Они создавали компьютерные модели отдельных областей, отвечающих, например, за зрение или память. Такие подходы помогли понять многие процессы, но не давали ответа на главный вопрос: как все эти части работают вместе. Теперь ситуация меняется. Учёные начинают объединять разрозненные модели в более крупные системы, чтобы проверить, согласуются ли их представления о работе мозга между собой.

Один из таких проектов связан с немецким исследовательским центром в Юлихе. Там планируют использовать новый суперкомпьютер JUPITER для моделирования больших нейронных сетей. В перспективе такие модели могут приблизиться по масштабу к коре головного мозга человека, которая содержит десятки миллиардов нейронов и огромное количество связей между ними.

Важно понимать, что даже самые крупные модели пока далеки от полного копирования человеческого мозга. Учёные подчёркивают: речь идёт о приближённых симуляциях. В них не учитываются многие тонкие механизмы, такие как влияние химических веществ, обучение на протяжении жизни или сложное взаимодействие с органами чувств. Тем не менее такие модели уже помогают проверять гипотезы, которые невозможно изучить напрямую на живом человеке.

Промежуточные успехи уже есть. Например, исследователи смогли создать цифровую модель коры мозга мыши на японском суперкомпьютере Fugaku. В другом проекте была смоделирована нервная система плодовой мушки после того, как учёные полностью восстановили схему соединений её нейронов. Эти эксперименты показывают, что при наличии точных данных о связях в мозге компьютерные модели могут довольно точно воспроизводить его активность.

Учёные считают, что крупные симуляции помогут лучше понять причины неврологических заболеваний, работу памяти и сознания, а также улучшить методы лечения. Однако они подчёркивают: моделирование мозга — это не один прорыв, а долгий путь из множества шагов. Экзафлопсные суперкомпьютеры лишь открывают новую страницу в этом процессе, но не ставят в нём точку.