Simulación cerebral

La conectividad del circuito neuronal para la sensibilidad táctil del nematodo simple C. elegans (gusano redondo) fue mapeada en 1985 ^{[ 10 ]} y parcialmente simulada en 1993. ^{[ 11 ]} Desde 2004, se han desarrollado muchas simulaciones de software del sistema neuronal y muscular completo, incluyendo la simulación del entorno físico del gusano. Algunos de estos modelos, incluyendo el código fuente, se han puesto a disposición para su descarga. ^{[ 12 ] [ 4 ]} Sin embargo, todavía hay una falta de comprensión de cómo las neuronas y las conexiones entre ellas generan la gama sorprendentemente compleja de comportamientos que se observan en el organismo relativamente simple. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Este contraste entre la aparente simplicidad de cómo las neuronas mapeadas interactúan con sus vecinas, y la excesiva complejidad de la función cerebral general, es un ejemplo de una propiedad emergente . ^{[ 15 ]} Este tipo de propiedad emergente se observa también en las redes neuronales artificiales , cuyas neuronas son extremadamente simples en comparación con sus resultados, a menudo complejos y abstractos. Como dice un refrán, un grupo (en este caso, un cerebro) es más fuerte que la suma de sus partes.

El cerebro de la mosca de la fruta, Drosophila , también ha sido estudiado exhaustivamente. Un modelo simulado del cerebro de la mosca de la fruta ofrece un modelo único de neuronas hermanas. ^{[ 16 ]} Al igual que el nematodo, este se ha puesto a disposición como software de código abierto . ^{[ 17 ]}

En 2006, el Proyecto Blue Brain , liderado por Henry Markram , creó su primer modelo de una columna neocortical con neuronas simplificadas. Y en noviembre de 2007, completó un modelo inicial de la columna neocortical de la rata. Esto marcó el final de la primera fase, proporcionando un proceso basado en datos para crear, validar e investigar la columna neocortical. ^{[ 18 ] [ 19 ]} La columna neocortical se considera la unidad funcional más pequeña de la neocorteza . La neocorteza es la parte del cerebro que se cree responsable de funciones de orden superior como el pensamiento consciente, y contiene 10 000 neuronas en el cerebro de la rata (y 10 ⁸ sinapsis ).

Una red neuronal artificial descrita como "tan grande y compleja como la mitad del cerebro de un ratón" ^{[ 20 ]} con 8 millones de neuronas y 6300 sinapsis por neurona fue ejecutada en una supercomputadora IBM Blue Gene por el equipo de investigación de la Universidad de Nevada e IBM Almaden en 2007. ^{[ 21 ]} Cada segundo de tiempo simulado requirió diez segundos de tiempo de computadora. Los investigadores afirmaron observar impulsos nerviosos "biológicamente consistentes" que fluían a través de la corteza virtual. Sin embargo, la simulación carecía de las estructuras observadas en cerebros de ratones reales, y pretenden mejorar la precisión de los modelos de neuronas y sinapsis. ^{[ 22 ]} Más tarde ese mismo año, IBM aumentó el número de neuronas a 16 millones y 8000 sinapsis por neurona, de las cuales 5 segundos fueron modelados en 265 s de tiempo real. ^{[ 23 ]} Para 2009, los investigadores pudieron aumentar las cifras a 1.600 millones de neuronas y 9 billones de sinapsis, saturando los 144 TB de RAM de la supercomputadora. ^{[ 24 ]}

En 2019, Idan Segev, uno de los neurocientíficos computacionales que trabajaban en el Proyecto Blue Brain, dio una charla titulada: «El cerebro en la computadora: ¿qué aprendí al simular el cerebro?». En su charla, mencionó que la corteza cerebral del ratón estaba completa y que pronto comenzarían los experimentos de EEG virtual. También mencionó que el modelo se había vuelto demasiado pesado para las supercomputadoras que utilizaban en ese momento y que, en consecuencia, estaban explorando métodos en los que cada neurona pudiera representarse como una red neuronal (véase la cita para más detalles). ^{[ 25 ]}

En 2023, investigadores de la Universidad de Duke realizaron un escaneo de alta resolución del cerebro de un ratón. ^{[ 26 ]}

Los cerebros humanos contienen 86 mil millones de neuronas, ^{[ 28 ]} cada una con un promedio aproximado de 10 000 conexiones. Según una estimación, una reconstrucción completa y muy detallada del conectoma humano requeriría un zettabyte ( ^10²¹ bytes) de almacenamiento de datos. ^{[ 29 ]}

Una supercomputadora con una capacidad de cálculo similar a la del cerebro humano estaba programada para entrar en funcionamiento en abril de 2024. ^{[ 30 ]} Llamada "DeepSouth", podía realizar 228 billones de operaciones sinápticas por segundo. ^{[ 31 ]}