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Proyecto Cerebro Azul

El Proyecto Cerebro Azul es una iniciativa suiza de investigación del cerebro que tiene como objetivo crear una reconstrucción digital del cerebro del ratón. El proyecto fue fundado en mayo de 2005 por el Brain Mind Institute de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza. Su misión es utilizar reconstrucciones digitales y simulaciones biológicamente detalladas del cerebro de los mamíferos para identificar los principios fundamentales de la estructura y el funcionamiento del cerebro.

El proyecto está encabezado por el director fundador Henry Markram —quien también lanzó el Proyecto Cerebro Humano Europeo— y está codirigido por Felix Schürmann, Adriana Salvatore y Sean Hill . Utilizando una supercomputadora Blue Gene que ejecuta NEURON de Michael Hines , la simulación involucra un modelo biológicamente realista de neuronas [1] [2] [3] y un modelo de conectoma reconstruido empíricamente .

Existen diversas colaboraciones, entre ellas la Cajal Blue Brain , coordinada por el Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CeSViMa), y otras llevadas a cabo por universidades y laboratorios independientes.

Historia

En 2006, el proyecto elaboró ​​su primer modelo de una columna neocortical con neuronas simplificadas. [4] En noviembre de 2007, completó un modelo inicial de la columna neocortical de la rata. Esto marcó el final de la primera fase, entregando un proceso basado en datos para crear, validar e investigar la columna neocortical. [5] [4] [6]

Algunos investigadores consideran que las columnas neocorticales son las unidades funcionales más pequeñas del neocórtex [7] [ 8] y se cree que son responsables de funciones superiores como el pensamiento consciente . En los humanos, cada columna tiene unos 2 mm (0,079 pulgadas) de longitud, un diámetro de 0,5 mm (0,020 pulgadas) y contiene unas 60.000 neuronas. Las columnas neocorticales de las ratas son muy similares en estructura, pero contienen sólo 10.000 neuronas y 10 8 sinapsis .

En 2009, Henry Markram afirmó que "en los próximos diez años se podrá construir un cerebro humano artificial funcional y detallado". [9] Fue él quien concibió el Proyecto Cerebro Humano , al que contribuyó el Proyecto Cerebro Azul, [4] y que en 2013 recibió financiación de la Unión Europea con hasta 1.300 millones de dólares. [10]

En 2015, el proyecto simuló parte del cerebro de una rata con 30.000 neuronas. [11] También en 2015, los científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) desarrollaron un modelo cuantitativo de la relación previamente desconocida entre las neuronas y los astrocitos . Este modelo describe la gestión energética del cerebro a través de la función de la unidad vascular neuroglial (NGV). La capa adicional de neuronas y células gliales se está añadiendo a los modelos del Proyecto Blue Brain para mejorar la funcionalidad del sistema. [12]

En 2017, el Proyecto Cerebro Azul descubrió que las camarillas neuronales se conectaban entre sí en hasta once dimensiones. El director del proyecto sugirió que la dificultad de comprender el cerebro se debe en parte a que las matemáticas que se suelen aplicar para estudiar las redes neuronales no pueden detectar tantas dimensiones. El Proyecto Cerebro Azul pudo modelar estas redes utilizando topología algebraica . [13]

En 2018, Blue Brain Project publicó su primer atlas digital en 3D de células cerebrales [14] que, según ScienceDaily , es como "pasar de mapas dibujados a mano a Google Earth", ya que proporciona información sobre los principales tipos de células, números y posiciones en 737 regiones del cerebro. [15]

En 2019, Idan Segev, uno de los neurocientíficos computacionales que trabajan en el Proyecto Cerebro Azul, dio una charla titulada: "El cerebro en la computadora: ¿qué aprendí al simular el cerebro?". En su charla, mencionó que toda la corteza cerebral del ratón estaba completa y que pronto comenzarían los experimentos de EEG virtuales. También mencionó que el modelo se había vuelto demasiado pesado para las supercomputadoras que estaban usando en ese momento y que, en consecuencia, estaban explorando métodos en los que cada neurona pudiera representarse como una red neuronal artificial (ver la cita para más detalles). [16]

En 2022, los científicos del Blue Brain Project utilizaron la topología algebraica para crear un algoritmo, la síntesis neuronal topológica, que genera una gran cantidad de células únicas utilizando solo unos pocos ejemplos, sintetizando millones de morfologías neuronales únicas. Esto les permite replicar estados tanto sanos como enfermos del cerebro. En un artículo, Kenari et al. pudieron sintetizar digitalmente morfologías dendríticas del cerebro de ratón utilizando este algoritmo. Mapearon regiones cerebrales enteras a partir de solo unas pocas células de referencia. Dado que es de código abierto, esto permitirá el modelado de enfermedades cerebrales y, eventualmente, el algoritmo podría conducir a gemelos digitales de cerebros. [17]

Software

El Proyecto Cerebro Azul ha desarrollado una serie de programas para reconstruir y simular el cerebro del ratón. Todas las herramientas de software mencionadas a continuación son de código abierto y están disponibles para todos en GitHub . [18] [19] [20] [21] [22] [23]

Nexo del cerebro azul

Blue Brain Nexus [24] [25] [26] es una plataforma de integración de datos que utiliza un gráfico de conocimiento para permitir a los usuarios buscar, depositar y organizar datos. Se basa en los principios de datos FAIR para proporcionar soluciones de gestión de datos flexibles más allá de los estudios de neurociencia.

BluePyOpt

BluePyOpt [27] es una herramienta que se utiliza para construir modelos eléctricos de neuronas individuales. Para ello, utiliza algoritmos evolutivos para limitar los parámetros a datos electrofisiológicos experimentales. Rosanna Migliore [28] y Stefano Masori [29] han informado sobre intentos de reconstruir neuronas individuales utilizando BluePyOpt .

Núcleo NEURON

CoreNEURON [30] es una herramienta complementaria a NEURON , que permite la simulación a gran escala al aumentar el uso de la memoria y la velocidad computacional.

NeuroMorphoVis

NeuroMorphoVis [31] es una herramienta de visualización de morfologías de neuronas.

SONATA

SONATA [32] es un esfuerzo conjunto entre Blue Brain Project y Allen Institute for Brain Science , para desarrollar un estándar de formato de datos que permita un entorno de trabajo de múltiples plataformas con mayor memoria computacional y eficiencia.

Fondos

El proyecto está financiado principalmente por el gobierno suizo y la subvención insignia Future and Emerging Technologies (FET) de la Comisión Europea [ 33] y, en segundo lugar, por subvenciones y donaciones de particulares. La EPFL compró el ordenador Blue Gene a un coste reducido porque todavía era un prototipo e IBM estaba interesada en explorar cómo funcionarían las aplicaciones en la máquina. BBP se consideró una validación del concepto de superordenador Blue Gene [34] .

Críticas

Es innegable que la dirección del Proyecto Cerebro Azul no ha alcanzado los objetivos excesivamente ambiciosos que se había fijado en 2013. [35] [36]

Ya en septiembre de 2014 se alzaron voces criticando la gestión del principal promotor del proyecto, el profesor Henry Markram, así como la negligencia de las autoridades de Bruselas que financiaron el proyecto. [37] [38]

Proyectos relacionados

Cerebro azul de Cajal

Cajal Blue Brain utilizó el superordenador Magerit ( CeSViMa )

El Proyecto Cajal Blue Brain está coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid que dirige Javier de Felipe y utiliza las instalaciones del Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid y su supercomputador Magerit . [39] El Instituto Cajal también participa en esta colaboración. Las principales líneas de investigación que se llevan a cabo actualmente en Cajal Blue Brain incluyen la experimentación neurológica y las simulaciones por ordenador. [40] La nanotecnología, en forma de un microscopio cerebral de nuevo diseño, juega un papel importante en sus planes de investigación. [41]

Documental

Noah Hutton creó el documental In Silico durante un período de 10 años. La película se estrenó en abril de 2021. [42] La película cubre los "objetivos y puntos de referencia cambiantes" [43] del Proyecto Cerebro Azul, así como el drama: "Al final, no se trata de ciencia. Se trata de los universales del poder, la codicia, el ego y la fama". [44] [45]

Véase también

Referencias

  1. ^ Graham-Rowe D (junio de 2005). "Comienza la misión de construir un cerebro simulado". New Scientist .
  2. ^ Palmer, Jason. Cerebro simulado más cerca del pensamiento, BBC News.
  3. ^ Segev I. "ASC 2012: Prof. Idan Segev - El cerebro azul". Universidad Hebrea de Jerusalén . Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2021. Consultado el 31 de mayo de 2013 .
  4. ^ abc «Cronología y logros». EPFL . Archivado desde el original el 2024-04-11 . Consultado el 2024-05-10 .
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  6. ^ "Noticias e información de los medios". Blue Brain . Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2008. Consultado el 11 de agosto de 2008 .
  7. ^ Horton JC, Adams DL (abril de 2005). "La columna cortical: una estructura sin función". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B, Ciencias biológicas . 360 (1456): 837–62. doi :10.1098/rstb.2005.1623. PMC 1569491. PMID  15937015 . 
  8. ^ Rakic ​​P (agosto de 2008). "Columnas corticales confusas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (34): 12099–100. Bibcode :2008PNAS..10512099R. doi : 10.1073/pnas.0807271105 . PMC 2527871 . PMID  18715998. 
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  16. ^ "El cerebro en la computadora: ¿Qué aprendí al simular el cerebro? - Idan Segev". YouTube .
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  20. ^ BlueBrain/CoreNeuron, The Blue Brain Project, 15 de diciembre de 2020 , consultado el 16 de diciembre de 2020
  21. ^ BlueBrain/NeuroMorphoVis, The Blue Brain Project, 15 de diciembre de 2020 , consultado el 16 de diciembre de 2020
  22. ^ BlueBrain/sonata, The Blue Brain Project, 28 de abril de 2018 , consultado el 24 de diciembre de 2020
  23. ^ AllenInstitute/sonata, Allen Institute, 2 de diciembre de 2020 , consultado el 24 de diciembre de 2020
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Lectura adicional

Enlaces externos

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