Программисты и нейрофизиологи из проекта Blue Brain заявили о создании первого «цифрового» кибермозга из 31 тысячи нервных клеток, представляющий собой полный аналог одного небольшого сегмента из мозга молодой крысы, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell.

«Решение этой задачи потребовало огромного количества экспериментов и еще большей массы усилий по переносу их результатов в цифровой мир. Создание этого мозга открывает дорогу для предсказания того где расположены все 40 миллионов синапсов, как они соединяются друг с другом и даже то, как много ионов они посылают друг другу», — заявил Генри Маркрэм (Henry Markram), лидер проекта Blue Brain из Федеральной политехнической школы Швейцарии в Лозанне.

Маркрэм и его коллеги по коллаборации уже 10 лет, с мая 2005 года, работают над созданием полного кибернетического аналога мозга крысы, используя новейшие алгоритмы, имитирующие работу настоящих нервных клеток, со всеми химическими процессами и реакциями внутри них.

В качестве базы для подобной симуляции ученые используют тонкий срез из центральной части передней коры в мозге крысы, в котором содержится примерно 31 тысяча нейронов, 55 слоев нервной ткани, сложенных из клеток 207 типов.

Как рассказывает Маркрэм,

«сборка» мозга заняла столь много времени по той причине, что ученым пришлось шаг за шагом изучать то, какими свойствами обладают нейроны каждого типа, как каждый из них связан с соседними клетками и какими сигналами они обмениваются.

Благодаря большому количеству соединений между ними, для эмуляции работы даже столь небольшой части мозга, занимающей всего 0,29 кубических миллиметра по объему, требуются все мощности суперкомпьютера Blue Gene, чьи вычислительные способности приближаются к очень внушительным 209 терафлопс.

Первый запуск этого кибер-мозга позволил ученым подсчитать количество связей между клетками коры – оказалось, что в столь небольшой части мозга сосредоточено 40 миллионов синапсов, по 2 тысячи которых связывают каждую клетку коры с ее соседями и более далекими нейронами.

Кроме того, биологам удалось открыть один неожиданный феномен — оказалось, что флуктуации в концентрации определенных веществ, в частности ионов кальция, могут вызывать масштабные перестройки в работе мозга, которые невозможно предсказать по тому, как эти сигналы влияют на индивидуальные нервные клетки.

Примером этого, по словам Маркрэма, является реакция страха – появление адреналина и прочих гормонов в мозге переключает его или в режим агрессии, или режим побега, кардинально перестраивая зрение, метаболизм и прочие системы. Изучение этих «переключений», по словам ученого, может помочь нам раскрыть корни шизофрении и других расстройств психики, а также понять, почему человек начинает неадекватно вести себя в таких ситуациях.