BLUE BRAIN

BLUE BRAIN

El objetivo del Blue Brain Project es construir reconstrucciones digitales precisas, biológicamente detalladas y simulaciones del cerebro de los roedores y, en última instancia, del cerebro humano. Blue Brain Nexus es fundamental para respaldar todas las etapas del ciclo de modelado basado en datos de Blue Brain, que incluye, entre otros, datos experimentales, modelos de células individuales, circuitos, simulaciones y validaciones. El cerebro es un sistema complejo de niveles múltiples y es uno de los mayores problemas de 'Big Data' que tenemos hoy en día. Por lo tanto, Blue Brain Nexus se ha creado para organizar, almacenar y procesar volúmenes de datos excepcionalmente grandes y admitir el uso de una gran cantidad de usuarios.

Blue Brain Project (BBP) tiene como objetivo construir reconstrucciones digitales integrales (modelos de computadora) del cerebro, que incluyen los diferentes niveles de organización del cerebro y sus interacciones, y que son compatibles con los datos experimentales disponibles. Las reconstrucciones actuales del proyecto reproducen la anatomía celular detallada, la conectividad y el comportamiento eléctrico de una pequeña parte de la neocorteza de las ratas jóvenes (aproximadamente un tercio de un milímetro cúbico de tejido cortical).

La estrategia de reconstrucción de BBP identifica interdependencias en los datos experimentales (por ejemplo, dependencias entre el tamaño de las neuronas y las densidades neuronales, dependencias entre las formas de las neuronas y las sinapsis que forman, dependencias entre los números de "boutons" sobre axones y números de sinapsis) ellos para "restringir" el proceso de reconstrucción. Múltiples restricciones que se entrecruzan permiten al proyecto construir las reconstrucciones más fieles posibles a partir de los pocos datos experimentales disponibles, evitando la necesidad de "medir todo". De hecho, la última reconstrucción del BBP de la conectividad del microcircuito cortical se basa en datos experimentales que representan menos del 1% de las conexiones sinápticas en el circuito. Los experimentos de laboratorio que proporcionan nuevos datos y restricciones hacen posible probar y mejorar progresivamente la reconstrucción digital.

Simulación.

Las reconstrucciones digitales del tejido cerebral representan una instantánea de la anatomía y la fisiología del cerebro en un momento determinado.  Las simulaciones de BBP utilizan modelos matemáticos de neuronas y sinapsis individuales para calcular la actividad eléctrica de la red a medida que evoluciona con el tiempo. Esto requiere un gran esfuerzo computacional, solo posible con grandes superordenadores. Las simulaciones de grandes volúmenes de tejido, con niveles de detalle cada vez mayores, necesitarán capacidades informáticas cada vez más potentes.

El BBP utiliza sus reconstrucciones digitales como base para un rango de simulaciones potencialmente ilimitado, cada uno de los cuales representa un experimento in silico . Los investigadores pueden medir la actividad eléctrica espontánea del tejido virtual, aplicar protocolos de estimulación y medir la respuesta, y manipular el tejido de varias maneras (por ejemplo, "eliminando" células con características particulares, "lesionando" una parte del circuito). En silicolos experimentos pueden replicar experimentos de laboratorio pasados, una prueba importante para las reconstrucciones, o pueden explorar nuevos terrenos y sugerir nuevos experimentos. En particular, la simulación permite experimentos que serían difíciles o imposibles en el tejido biológico o en animales vivos, por ejemplo, experimentos que requieren mediciones simultáneas de un gran número de neuronas. Tales experimentos proporcionan una nueva herramienta para los investigadores que buscan comprender las relaciones causales entre los eventos en diferentes niveles de organización cerebral. - por ejemplo, comprender cómo los cambios en la composición del fluido extracelular (que afectan la actividad de las sinapsis) afectan el patrón general de actividad en el tejido virtual.

A medida que las reconstrucciones digitales se hacen más grandes, más detalladas y más biológicamente precisas, la gama de experimentos que permiten crecerá. El Blue Brain Project actualmente está construyendo herramientas neurorobóticas en las que las simulaciones cerebrales se combinan con robots simulados y un entorno simulado, en un "circuito cerrado". Las nuevas herramientas permitirán replicar experimentos cognitivos y conductuales en animales, donde los órganos sensoriales del animal capturan y codifican información sobre su entorno, y su cerebro genera una respuesta motora. Este enfoque permitirá los primeros estudios in silico de los mecanismos cerebrales subyacentes a la percepción, la cognición y el comportamiento de los animales.

...