Estamos tentando simular o cérebro humano com um supercomputador

O que significa simular o cérebro humano?Os sistemas de computação mais poderosos de hoje têm poder computacional suficiente para executar simulações de bilhões de neurônios, rivalizando com a sofisticação de um cérebro real. Os pesquisadores também esperam que uma compreensão crescente de como esses neurônios estão conectados leve a simulações cerebrais que revelarão segredos da função cerebral anteriormente ocultos.

Os pesquisadores há muito tentam isolar partes específicas do cérebro e usar computadores para modelar regiões menores para explicar funções cerebrais específicas. Mas “não conseguimos juntar tudo isto num grande modelo cerebral onde possamos ver se estas ideias são consistentes”, diz ele. Markus Diesmann No Centro de Pesquisa Jülich, na Alemanha. “Isso agora está mudando.”

Isto deve-se em grande parte ao poder dos supercomputadores mais avançados da atualidade, que se aproximam da exaescala, o que significa que podem realizar mil milhões de operações por segundo. Segundo , existem apenas quatro dessas máquinas. lista dos 500 melhores. Diesmann e sua equipe estão procurando executar simulações cerebrais em grande escala em um desses sistemas, chamado JUPITER, que significa Joint Venture Pioneer for Innovative Exascale Research, com sede na Alemanha.

No mês passado, Diesman e seus colegas mostrou Um modelo simples dos neurónios do cérebro e das suas sinapses, denominado rede neural de picos, pode ser configurado e dimensionado para funcionar nas milhares de unidades de processamento gráfico (GPUs) do JUPITER, resultando em tamanhos de 20 mil milhões de neurónios e 100 biliões de ligações. Isso corresponde ao córtex cerebral humano, onde ocorrem quase todas as funções cerebrais superiores.

Diezmann diz que se espera que tais simulações produzam resultados mais valiosos do que simulações anteriores de cérebros minúsculos, como moscas-das-frutas. Grandes modelos de linguagem, como o que está por trás do ChatGPT, mostraram recentemente que grandes sistemas incluem recursos que não existem em sistemas menores. “Sabemos agora que as grandes redes podem fazer coisas qualitativamente diferentes das pequenas redes”, diz Diesman. “Está claro que as grandes redes são diferentes.”

“Reduzir a escala não significa apenas simplificá-lo um pouco ou torná-lo um pouco mais grosseiro, na verdade significa desistir completamente de certas características”, diz ele. Thomas Novotny Na Universidade de Sussex, Reino Unido. “É muito importante que possamos executar uma[simulação]completa, porque caso contrário nunca teremos a coisa real.”

O modelo testado no JUPITER é baseado em dados reais de experimentos de pequena escala em neurônios e sinapses no cérebro humano, como o número de sinapses necessárias por neurônio e seus níveis de atividade, disse ele. Johanna Cenk Ele está colaborando com Deesman na Universidade de Sussex. “Neste momento temos estes dados anatómicos como restrições, mas também temos o poder computacional”, diz Deesman.

Simulações cerebrais em escala real poderiam permitir aos pesquisadores testar teorias fundamentais da função cerebral, como a forma como as memórias são formadas, o que é impossível com modelos em miniatura ou com o cérebro real, disse Novotny. Isto poderia ser testado alimentando imagens na rede do cérebro, observando como ele responde e registrando como essa formação de memória muda dependendo do tamanho do cérebro. Novotny disse que também poderia criar formas de testar drogas, por exemplo, observando como um modelo de epilepsia, que se caracteriza por convulsões ou surtos de atividade cerebral anormal, é afetado por uma determinada droga.

O poder computacional adicional também significa que as simulações cerebrais podem ser executadas mais rapidamente, permitindo aos pesquisadores obter informações sobre processos relativamente lentos, como o aprendizado, disse Senk. Os pesquisadores também serão capazes de construir detalhes biológicos mais detalhados, incluindo modelos mais complexos de como os neurônios mudam e disparam.

Mas mesmo com a capacidade de executar simulações do tamanho do cérebro, Novotny diz que ainda há muita coisa que não sabemos. E mesmo pequenas simulações cerebrais, como moscas-das-frutas, não conseguem reproduzir o comportamento completo de animais reais.

As simulações executadas nesses supercomputadores também ainda são muito limitadas e carecem de recursos fundamentais essenciais para cérebros reais, como informações de ambientes do mundo real. “Na verdade, você não pode construir um cérebro”, diz Novotny. “Você pode simular o tamanho do cérebro, mas não pode simular o cérebro.”