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]

Caenorhabditis elegans (cacing gelang)

Peta otak C. elegans. 302 neuron, yang saling terhubung oleh 5.000 sinapsis

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]

Sistem saraf Drosophila

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

Pemetaan dan simulasi otak tikus

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 dan tikus

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]

Referensi

  1. ^ de Garis, Hugo; Shuo, Chen; Goertzel, Ben; Ruiting, Lian (2010-12). "A world survey of artificial brain projects, Part I: Large-scale brain simulations". Neurocomputing (dalam bahasa Inggris). 74 (1-3): 3–29. doi:10.1016/j.neucom.2010.08.004. 
  2. ^ a b Markram, Henry (2006-2). "The Blue Brain Project". Nature Reviews Neuroscience (dalam bahasa Inggris). 7 (2): 153–160. doi:10.1038/nrn1848. ISSN 1471-003X. 
  3. ^ Human Brain Project, Framework Partnership Agreement https://www.humanbrainproject.eu/documents/10180/538356/FPA++Annex+1+Part+B/41c4da2e-0e69-4295-8e98-3484677d661f Error in webarchive template: Check |url= value. Empty.
  4. ^ "Neuroinformatics and The Blue Brain Project". Informatics from Technology Networks. Diakses tanggal 2018-01-30. 
  5. ^ Chalfie M; Sulston JE; White JG; Southgate E; Thomson JN; et al. (April 1985). "The neural circuit for touch sensitivity in Caenorhabditis elegans". The Journal of Neuroscience. 5 (4): 956–64. PMID 3981252. 
  6. ^ Niebur E; Erdös P (November 1993). "Theory of the locomotion of nematodes: control of the somatic motor neurons by interneurons". Mathematical Biosciences. 118 (1): 51–82. doi:10.1016/0025-5564(93)90033-7. PMID 8260760. 
  7. ^ "Mark Wakabayashi: C elegans locomotion simulation". web.archive.org. 2013-05-12. Archived from the original on 2013-05-12. Diakses tanggal 2019-07-08. 
  8. ^ C. Elegans simulation, Open source software project at Github
  9. ^ Mark Wakabayashi Error in webarchive template: Check |url= value. Empty., with links to MuCoW simulation software, a demo video and the doctoral thesis Computational Plausibility of Stretch Receptors as the Basis for Motor Control in C. elegans, 2006.
  10. ^ Mailler, R.; Avery, J.; Graves, J.; Willy, N. (7–13 March 2010). "A Biologically Accurate 3D Model of the Locomotion of Caenorhabditis Elegans". 2010 International Conference on Biosciences (PDF). hlm. 84–90. doi:10.1109/BioSciencesWorld.2010.18. ISBN 978-1-4244-5929-2. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2019-07-18. Diakses tanggal 2019-07-08. 
  11. ^ "How does complex behavior spontaneously emerge in the brain?". Diakses tanggal 2018-02-27. 
  12. ^ Arena, P.; Patane, L.; Termini, P.S.; An insect brain computational model inspired by Drosophila melanogaster: Simulation results, The 2010 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN).
  13. ^ "Project Milestones". Blue Brain. Diakses tanggal 2008-08-11. 
  14. ^ "News and Media information". Blue Brain. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-09-19. Diakses tanggal 2008-08-11. 
  15. ^ "Supercomputer Mimics Mouse's Brain". Huffington Post (dalam bahasa Inggris). 2008-03-28. Diakses tanggal 2018-06-05. 
  16. ^ "Mouse brain simulated on computer". BBC News. 27 April 2007. 
  17. ^ Herper, Matthew (June 6, 2005). "IBM Aims To Simulate A Brain". Forbes. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-11-04. Diakses tanggal 2006-05-19.