THE BLUE BRAIN PROJECT: El cerebro virtual

Con la ayuda de una supercomputadora se pretende crear una simulación en 3D de todo el cerebro humano a nivel molecular. Permitirá comprender mejor sus funciones y disfunciones. Esperan tenerlo funcionando, con sus 100 mil millones de neuronas, para el 2015.

Lic. Mariana Nisebe

mnisebe@yahoo.com.ar

Las computadoras parecerían ser las mejores amigas de los científicos; y confían en ellas para entender los conceptos más resistentes de la ciencia como el origen del universo o el futuro clima del planeta. Desde el 2005, una supercomputadora ayuda a comprender mejor la función y de la disfunción del cerebro (autismo, depresión, esquizofrenia); lo que permitirá explorar soluciones a los problemas insuperables en salud mental y enfermedad neurológica. También podría ser útil para predecir la reacción del cerebro a ciertas medicinas o enfermedades. Para ello se pretende crear una simulación en 3D de todo el cerebro humano a nivel molecular. No hay que olvidarse que este órgano de traje gris aún sigue siendo un misterio.

Las primeras propuestas para construir modelos neuronales artificiales se formularon hace 40 años, pero entonces no existían los recursos técnicos para realizar la simulación. Ahora, las supercomputadoras abren la puerta a esta posibilidad. El proyecto, llamado Blue Brain Proyect, se inicia con una colaboración entre IBM, que utiliza una máquina dotada con 8 mil procesadores que trabajan en paralelo para simular la forma en que las neuronas intercambian información en tiempo real, y el profesor Henry Markram del École Polytechnique en Lausanne (Suiza) y director de esta investigación , quien ha pasado los últimos 15 años tratando de crear la simulación de neurona por neurona del cerebro.

Se trata de un proyecto internacional en el que colaboran países como Suiza, Estados Unidos, Hungría, el Reino Unido y España, entre otros. También se han incorporado al reto otros investigadores, como expertos en modelado de sinapsis (las conexiones eléctricas entre las neuronas), de la Universidad de Jerusalén. Con ayuda de la poderosa máquina llamada Blue Gene de IBM (el apodo azul inspiró el nombre del proyecto), Markram espera tener un cerebro humano virtual, con todas sus 100 mil millones neuronas funcionando, antes de 2015. Para ello el equipo de investigación, formado por bioinformáticos, neurólogos y arquitectos, pretende pasar por diferentes fases de modelización completa de las funciones del órgano gris: rata, gato, primate y, finalmente, el hombre.

Primera etapa: Neurona por neurona


El primer modelo de simulación sobre el que se trabajó con éxito entre el 2005 y 2007 fue el de una columna cortical del cerebro de una rata, que puede considerarse la menor unidad funcional del Neocórtex (donde radican muchas funciones cerebrales superiores). Para simular esta pequeña parte (que apenas mide 2 milímetros de largo por medio milímetro de diámetro, incluye 10.000 neuronas y 30 millones de sinapsis) fue necesario un poder de computación de 22,8 teraflops, 22.800 millones de operaciones por segundo, distribuido entre los 8,192 procesadores de la IBM Blue Gene; lo que la convierte en una de las más potentes supercomputadores del mundo. Lo más asombroso de todo es que la versión simulada se comportó idénticamente a la versión biológica pero, por ahora, se desempeña 100 veces más lenta que el organismo simulado.

"Modelar el cerebro a nivel celular (primera etapa) es un trabajo complejo debido a los miles de parámetros que se necesita tener en cuenta", declaró el profesor Markram. Se comienza examinando la actividad eléctrica en cada neurona intentando descifrar el lenguaje que utilizan para comunicarse entre sí. Las conclusiones se meten en la supercomputadora, todo un “cerebrito”. "Cada procesador puede simular una neurona y comunicarse con otros, generando el proceso de pensar", explica Mark Baertschi de IBM. "Este circuito generó la inteligencia mamífera y la función cognitiva humana, que es un circuito muy poderoso y que a la vez puede presentar muchos errores", dice Markham. Para modelizar a nivel celular (no molecular) el neocórtex, han partido de la base de datos constituida en los últimos quince años en el laboratorio de Henry Markram en Suiza.


Segunda y tercera etapa

Finalizado el primer paso, el proyecto continúa en dos ramas diferentes: Construcción de la simulación a nivel molecular, cuyo interés reside que permitirá estudiar los efectos de los genes; y la simplificación de la simulación de la columna para permitir la simulación paralela de un gran número de columnas interconectadas, con el objetivo final de simular un neocórtex completo (que en el caso de los humanos consiste en un millón de columnas, aproximadamente).

Pese al evidente poder informático del Blue Brain Project , su capacidad de simulación del cerebro humano es aún limitada. La máquina dedica un procesador para simular cada una de las neuronas virtuales con todas sus interconexiones y replica una columna neocortical con 10 mil células nerviosas; que en el caso del ser humano es de 60 mil. La simulación integral de las 100 mil millones de neuronas conectadas que se encuentran en el hombre es, hoy, imposible.

No se habla de Inteligencia Artificial, sino de neurociencia y neurociencia computacional. Sin embargo, aunque la base del proyecto es crear un modelo del cerebro humano a partir del diseño computacional, aunque solo sea a nivel de hardware, sin los problemas añadidos de que ese hardware pueda o no producir razonamientos, se está a un paso de cruzar la línea hacia esa rama de la informática que desarrolla procesos que imitan a la inteligencia de los seres vivos. Este proyecto es considerado uno de los seis experimentos más importantes que se están llevando acabo en el mundo; análogo en alcance al Proyecto Genoma Humano. Si el equipo del “cerebro azul” tiene éxito, los científicos tendrán por primera vez un modelo virtual y significativo del cerebro humano. La pregunta del millón: ¿Podrá el Blue Brain pensar por sí mismo?.