Bilim tarihinde bir ilk: Gelmiş geçmiş en detaylı beyin haritası çıkarıldı
Fugaku süper bilgisayarın inanılmaz gücüyle oluşturulan bu sanal korteks haritası, farklı beyin bölgelerinin birbirleriyle nasıl elektrik ve kimyasal sinyallerle "konuştuğunu" gösteriyor. Model, insan beyni gelişimi için güvenilir bir başlangıç noktası sunarak nörobilimde yeni bir dönemi başlatıyor.
Bilim insanları, bugüne kadar oluşturulmuş en detaylı beyin haritasını tanıttı. Bu büyüleyici şema, bir fare beyninin neredeyse 10 milyon nöronunu, 26 milyar sinapsını ve birbirine bağlı 86 farklı beyin bölgesini temsil ediyor.
Bu dijital kopya, araştırmacıların hastalık sırasında beyinde neler olduğunu, beyin dalgalarının zihinsel odaklanmayı nasıl şekillendirdiğini ve nöbetlerin beyne nasıl yayıldığını anlamalarına yardımcı olacak. Şimdiye kadar, bu sorular yalnızca gerçek beyin dokusu kullanılarak ve her seferinde tek bir deneyle yanıtlanabiliyordu.
Projede çalışan Seattle'daki Allen Enstitüsü'nden araştırmacı Dr. Anton Arkhipov, haritayı “teknik bir dönüm noktası” olarak adlandırıyor. Arkhipov, “Bu tür bir bilgi işlem gücüyle, tam ve biyofiziksel olarak doğru bir beyin modeli oluşturma hedefi artık bilim kurgu olmaktan çıktı. Bilim insanları, beyni anlamanın, kelimenin tam anlamıyla bir beyin inşa edebilmek anlamına geldiği yeni bir sınırda bulunuyor” diyor.
Bu çarpıcı yeni görüntü, beynin kritik derecede önemli en dış katmanı olan bir fare korteksinin sanal bir kopyasını gösteriyor. Canlı renkler, görsel işleme, vücut hareketi, karar verme gibi farklı görevlerden sorumlu olan farklı kortikal alanları temsil ediyor. Her bölge, beynin ve vücudun iletişimini sağlamak için elektriksel ve kimyasal sinyalleri ileten inanılmaz yoğunlukta bir nöron (sinir hücreleri) ormanından oluşuyor.
Süper bilgisayar Fugaku’nun muazzam hesaplama gücü
Tüm bölgelerden yayılan küçük beyaz ağaç benzeri dallar, mesaj göndermek için sinyal veren ve adeta “konuşan” aktif nöronlar. Elektriksel sinyaller, tek bir nöronun yuvarlak merkezi gövdesinden, akson adı verilen uzun, uzmanlaşmış bir uzantı boyunca ilerliyor ve bir başka nöronla bağlantı noktasına ulaşıyor. Elektriksel sinyal, kimyasal bir sinyali tetikliyor ve nörotransmiter olarak bilinen moleküller bir hücreden diğerine akıyor, sinyal devrini gerçekleştiriyor ve bir sonraki hücrede yeni bir elektrik akımı başlatıyor.
Allen Enstitüsü elektrofizyoloji yardımcı direktörü Dr. Tim Jarsky, “Beyin, hücrelerin nasıl davranması gerektiğini sezginizle çözemeyeceğiniz kadar karmaşık bir sistem olduğu için modelleme inanılmaz derecede önemli” diye belirtiyor. Jarsky, “Bu veri setindeki nöron türlerinin alt kümesiyle bile, çok çeşitli sinyalleşme tipleriyle mümkün olan sayısız etkileşime sahibiz. Tüm bu unsurları bir araya getirdiğinizde devrenin nasıl davranacağını anlamak için gerçekten bir modele ihtiyacınız oluyor” diye ekliyor.
Bu devasa harita, Japonya’nın ultra hızlı süper bilgisayarı Fugaku kullanılarak oluşturuldu. Japonya’nın amiral gemisi süper bilgisayarı, saniyede 400 katrilyondan fazla hesaplama yapma kapasitesine sahip ve verileri göz kırpmamızdan daha hızlı işliyor. Bu gücün boyutunu daha net bir örnekle belirtmek gerekirse, şu anda saniyeleri saymaya başlasanız, bu sayıya ulaşmak yaklaşık 12,7 milyar yıl sürer.
Tokyo'daki Japonya Elektro-İletişim Üniversitesi'nden Dr. Tadashi Yamazaki, Fugaku'nun astronomi, meteoroloji ve ilaç keşfi gibi çok çeşitli hesaplamalı bilim alanlarında kullanıldığını söylüyor. Yamazaki, “Bu vesileyle, Fugaku'yu nöral devre simülasyonu için kullandık” diye belirtiyor.
Nihai amaç: İnsan beyni
Uzmanlara göre, uzun vadeli hedef sadece korteks değil, fare beyninin tamamını simüle etmek ve sonunda insan beyni modellerine ulaşmak. İki tür arasındaki belirli yapısal benzerlikler nedeniyle, bu modelin insan beyni gelişimi için güvenilir bir başlangıç noktası olduğu düşünülüyor.
Fugaku, Haziran 2020'de dünyanın en hızlı süper bilgisayarı ilan edilmişti, ancak beş yıl sonra TOP 500 listesinde yedinciliğe geriledi. Listenin zirvesinde ise ABD'nin üçüncü “exo-scale” sistemi olan El Capitan yer alıyor. Exo-scale, saniyede en az bir kentilyon işlem (bir milyar milyar, yani 1'in ardından 18 sıfır) gerçekleştirebilen sistemlere deniyor. Bu sanal beyin simülasyonunu detaylandıran bir makalenin, bu hafta St. Louis, Missouri'de gerçekleşecek olan SC25 süper bilgi işlem konferansında tanıtılması bekleniyor.