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Proyecto Cerebro Azul

El Blue Brain Project es una iniciativa suiza de investigación del cerebro que tiene como objetivo crear una reconstrucción digital del cerebro de un ratón. El proyecto fue fundado en mayo de 2005 por el Instituto Cerebro y Mente de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza. Su misión es utilizar simulaciones y reconstrucciones digitales biológicamente detalladas del cerebro de los mamíferos para identificar los principios fundamentales de la estructura y función del cerebro.

El proyecto está encabezado por el director fundador Henry Markram —quien también lanzó el Proyecto Europeo del Cerebro Humano— 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 , que coordina el Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CeSViMa), y otras gestionadas por universidades y laboratorios independientes.

Meta

El objetivo inicial del proyecto, que finalizó en diciembre de 2006, [4] era la creación de una columna neocortical de rata simulada , que algunos investigadores consideran la unidad funcional más pequeña de la neocorteza , [5] [6] que Se cree que es responsable de funciones superiores como el pensamiento consciente . En los seres humanos, cada columna mide aproximadamente 2 mm (0,079 pulgadas) de largo, tiene un diámetro de 0,5 mm (0,020 pulgadas) y contiene aproximadamente 60.000 neuronas. Las columnas neocorticales de rata son muy similares en estructura pero contienen sólo 10.000 neuronas y 10 8 sinapsis . Entre 1995 y 2005, Markram mapeó los tipos de neuronas y sus conexiones en dicha columna.

Progreso

En 2005, se completó el primer modelo celular. En 2008 se construyó la primera columna neocortical celular artificial de 10.000 células. En julio de 2011, se construyó un mesocircuito celular de 100 columnas neocorticales con un millón de células en total. Para 2014 estaba previsto [ necesita actualización ] un cerebro celular de rata con 100 mesocircuitos que suman cien millones de células. Se ha predicho que para 2023 será posible tener un cerebro humano celular equivalente a 1.000 cerebros de rata con un total de cien mil millones de células. [7] [8]

En noviembre de 2007, [9] el proyecto informó el final de la primera fase, entregando un proceso basado en datos para crear, validar e investigar la columna neocortical.

En 2015, científicos de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) desarrollaron un modelo cuantitativo de la relación previamente desconocida entre los astrocitos de las células gliales y las neuronas. Este modelo describe la gestión energética del cerebro a través de la función de la unidad vascular neuroglial (NGV). La capa adicional de células neurogliales se está agregando a los modelos del Proyecto Blue Brain para mejorar la funcionalidad del sistema. [10]

En 2017, el Blue Brain Project descubrió que las camarillas neuronales se conectaban entre sí en hasta once dimensiones. El director del proyecto sugirió que la dificultad para comprender el cerebro se debe en parte a que las matemáticas utilizadas habitualmente para estudiar las redes neuronales no pueden detectar tantas dimensiones. El Proyecto Blue Brain pudo modelar estas redes utilizando topología algebraica . [11]

En 2018, Blue Brain Project lanzó su primer atlas digital de células cerebrales en 3D que, según ScienceDaily , es como "pasar de mapas dibujados a mano a Google Earth", proporcionando información sobre los principales tipos, números y posiciones de células en 737 regiones del mundo. cerebro. [12]

En 2019, Idan Segev, uno de los neurocientíficos computacionales que trabaja en el Proyecto Blue Brain, dio una charla titulada: "El cerebro en la computadora: qué aprendí simulando el cerebro". En su charla, mencionó que toda la corteza del cerebro del ratón estaba completa y que pronto comenzarían los experimentos virtuales de EEG. 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 podría representarse como una red neuronal artificial (ver cita para más detalles). [13]

En 2022, los científicos del Blue Brain Project utilizaron 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 cerebrales tanto sanos como enfermos. En un artículo, Kenari et al. Pudieron sintetizar digitalmente morfologías dendríticas del cerebro del ratón utilizando este algoritmo. Mapearon regiones enteras del cerebro a partir de unas pocas células de referencia. Dado que es de código abierto, esto permitirá modelar enfermedades cerebrales y, eventualmente, el algoritmo podría conducir a gemelos digitales de cerebros. [14]

Software

El Blue Brain Project ha desarrollado una serie de software para reconstruir y simular el cerebro del ratón.

Nexo del cerebro azul

Blue Brain Nexus [15] [16] [17] 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 flexibles de gestión de datos más allá de los estudios de neurociencia. Es un software de código abierto y está disponible para todos en GitHub . [18]

AzulPyOpt

BluePyOpt [19] 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, [20] y Stefano Masori informan sobre intentos de reconstruir neuronas individuales utilizando BluePyOpt. [21] Es un software de código abierto y está disponible para todos en GitHub . [22]

NúcleoNEURON

CoreNEURON [23] es una herramienta complementaria a NEURON , que permite la simulación a gran escala aumentando el uso de la memoria y la velocidad computacional. Es un software de código abierto y está disponible para todos en GitHub . [24]

NeuroMorfoVis

NeuroMorphoVis [25] es una herramienta de visualización de morfologías de neuronas. Es un software de código abierto y está disponible para todos en GitHub . [26]

SONATA

SONATA [27] es un esfuerzo conjunto entre Blue Brain Project y Allen Institute for Brain Science , para desarrollar un estándar para el formato de datos, que implementa un entorno de trabajo de múltiples plataformas con mayor memoria computacional y eficiencia. Es un software de código abierto y está disponible para todos en GitHub . [28] [29]

Fondos

El proyecto está financiado principalmente por el gobierno suizo y la subvención emblemática de Tecnologías Futuras y Emergentes (FET) de la Comisión Europea , [30] y, en segundo lugar, por subvenciones y donaciones de particulares. La EPFL compró la computadora Blue Gene a un costo reducido porque todavía era un prototipo e IBM estaba interesada en explorar cómo funcionarían las aplicaciones en la máquina. BBP fue visto como una validación del concepto de supercomputadora Blue Gene . [31]

Críticas

Es innegable que la dirección del proyecto Blue Brain no ha cumplido los objetivos excesivamente ambiciosos que se fijó en 2013. [32] [33]

Ya en septiembre de 2014 se alzaron voces para criticar la gestión del principal promotor del proyecto, el profesor Henry Markram, así como la negligencia de las autoridades bruselenses que financiaron el proyecto. [34] [35]

Proyectos relacionados

Cerebro Azul Cajal

Cajal Blue Brain utilizó el superordenador Magerit ( CeSViMa )

El Proyecto Cajal Blue Brain está coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid liderado por Javier de Felipe y utiliza las instalaciones del Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid y su superordenador Magerit . [36] En esta colaboración también participa el Instituto Cajal . Las principales líneas de investigación que actualmente se desarrollan en Cajal Blue Brain incluyen la experimentación neurológica y las simulaciones por ordenador. [37] La ​​nanotecnología, en forma de un microscopio cerebral de nuevo diseño, desempeña un papel importante en sus planes de investigación. [38]

Documental

Noah Hutton creó el documental In Silico durante un período de 10 años. La película se estrenó en abril de 2021. [39] La película cubre los "objetivos y hitos cambiantes" [40] del Blue Brain Project, así como el drama, "Al final, esto no se trata de ciencia. Se trata de universales de poder, codicia, ego y fama". [41] [42]

Ver también

Referencias

  1. ^ Graham-Rowe D (junio de 2005). "Comienza la misión para construir un cerebro simulado". Científico nuevo .
  2. ^ Palmer, Jason. Cerebro simulado más cerca del pensamiento, BBC News.
  3. ^ Segev I. "ASC 2012: Prof. Idan Segev - El cerebro azul". La Universidad Hebrea de Jerusalén . Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2021 . Consultado el 31 de mayo de 2013 .
  4. ^ "Hitos del proyecto". Cerebro Azul . Consultado el 11 de agosto de 2008 .
  5. ^ Horton JC, Adams DL (abril de 2005). "La columna cortical: una estructura sin función". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres. Serie B, Ciencias Biológicas . 360 (1456): 837–62. doi :10.1098/rstb.2005.1623. PMC 1569491 . PMID  15937015. 
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  7. ^ "Henry Markram: Simulando el cerebro; los próximos años decisivos, vídeo [3/3] 07:00" . Consultado el 29 de agosto de 2011 .
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Otras lecturas

enlaces externos

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