Comprender mejor cómo funciona el cerebro es complicado, ya que los cerebros vivos no se pueden estimular ni analizar fácilmente. Los científicos ahora tienen una nueva simulación del cerebro de un ratón a la cual referirse, una de las más completas que jamás se haya creado.
La creación, liderada por un equipo del Instituto Allen de EE.UU. y de la Universidad de Electrocomunicaciones de Japón, podría permitir modelizar y estudiar con mayor detalle enfermedades como el Alzheimer.
La simulación modela una corteza de ratón completa. Si bien no es tan grande ni tan complejo como el cerebro humano, que contiene miles de millones de neuronas, existen similitudes entre el cerebro humano y el de roedor, por lo que podría ser una herramienta de estudio útil.
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Las cifras son impresionantes: el cerebro virtual contiene 9 millones de neuronas, así como 26 mil millones de sinapsis (conectores neuronales). Hay 86 regiones interconectadas en la simulación del cerebro y puede procesar billones de cálculos cada segundo.
Para poner esto en perspectiva, el cerebro real y completo del ratón contiene aproximadamente 70 millones de neuronas en un espacio del tamaño de una almendra.
“Esto demuestra que la puerta está abierta”, afirma el neurocientífico computacional Anton Arkhipov, del Instituto Allen. “Podemos ejecutar este tipo de simulaciones cerebrales de manera efectiva con suficiente potencia informática”.
“Es un hito técnico que nos da confianza en que no sólo son posibles modelos mucho más grandes, sino que también se pueden lograr con precisión y escala”.
La complejidad de la simulación significa que los investigadores pueden observar cómo los modelos de cognición, conciencia y enfermedad se propagan por el cerebro. Es un mapa tridimensional en movimiento que muestra neuronas individuales que se activan y conectan.
Algunas de las formas en que esto podría usarse, según los investigadores, son probar hipótesis sobre cómo las convulsiones se propagan en el cerebro o cómo las ondas cerebrales contribuyen a la concentración, sin necesidad de realizar escáneres cerebrales físicos repetidos e invasivos.
La potencia informática necesaria la proporcionó la supercomputadora Fugaku de Japón, que se basó en bases de datos y gráficos celulares existentes para formar el modelo. El equipo también desarrolló un nuevo software para procesar de manera más eficiente la actividad cerebral y mantener al mínimo los cálculos innecesarios.
“Fugaku se utiliza para la investigación en una amplia gama de campos de las ciencias computacionales, como la astronomía, la meteorología y el descubrimiento de fármacos, lo que contribuye a la resolución de muchos problemas sociales”, afirma el informático Tadashi Yamazaki, de la Universidad de Electrocomunicaciones.
“En esta ocasión utilizamos Fugaku para una simulación de circuito neuronal”.
Nuestros cerebros son, por supuesto, esenciales para una buena salud física y mental y para una vejez saludable, y los estudios de mapas cerebrales virtuales y estructuras de minicerebro serán cruciales para aprender más sobre cómo funciona este órgano y cómo puede descomponerse.
El equipo ya ha estado ocupado poniendo en práctica su nuevo modelo, haciendo descubrimientos sobre la sincronización de las ondas cerebrales y la forma en que los dos hemisferios del cerebro del ratón interactúan entre sí.
Es una hazaña enormemente impresionante de modelado informático y biológico, pero los investigadores tienen planes aún más ambiciosos y algún día quieren construir un modelo de tamaño completo de un cerebro humano dentro de un espacio informático virtual.
“Nuestro objetivo a largo plazo es construir modelos de cerebro completo, e incluso modelos humanos, utilizando todos los detalles biológicos que nuestro Instituto está descubriendo”, dice Arkhipov. “Ahora estamos pasando de modelar áreas individuales del cerebro a simular todo el cerebro del ratón”.
La investigación se presentó en la conferencia de supercomputación SC25 y está disponible en línea.