Será la primera vez que los científicos puedan observar el código eléctrico cerebral que nos sirve para representar el mundo
L a multinacional estadounidense IBM y el Brain Mind Institute de Suiza, perteneciente a la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), acaban de lanzar el llamado Proyecto Cerebro Azul (Blue Brain Proyect), que pretende reproducir informáticamente un cerebro humano a todos sus niveles, incluido el molecular.
La EPFL aporta al proyecto un sistema de cálculo de nueva generación que se acoplará a un ordenador proporcionado por el gigante informático, del tipo BlueGene/L, capaz de alcanzar 22,8 teraflops (22.8 billones de operaciones por segundo), y que formará parte de los 15 ordenadores más potentes del mundo. Es la primera vez que IBM pone toda la potencia de sus máquinas al servicio de las neurociencias. Los resultados de estos trabajos serán facilitados a científicos de todo el mundo.
Llamado Cerebro Azul, este sistema de cálculo asistido por la potencia del ordenador IBM, pretende construir un modelo inédito en tres dimensiones del cerebro humano que supondrá una revolución en la historia del conocimiento del cerebro: permitirá visualizar por vez primera los microcircuitos formados por las neuronas.
El supercalculador servirá de soporte para construir la modelización del cerebro, que se desarrollará por etapas a lo largo de diez años. La primera fase se centrará en el neocortex, una de las zonas cerebrales más extensas y misteriosas. Esta primera fase durará dos años y partirá de la base de datos ya elaborada por el EPFL sobre la estructura neuronal del neurocortex de ratones.
Descubrir los misterios del pensamiento
La finalidad última del proyecto es descubrir los misterios que rodean a los procesos cerebrales que rigen el pensamiento, la memoria y la conciencia humana. Asimismo, el proyecto pretende alcanzar una mejor comprensión de algunas enfermedades de origen cerebral, como el autismo, la esquizofrenia o la depresión, al mismo tiempo que se propone explorar posibles remedios a estas enfermedades.
Este objetivo se conseguirá creando un entorno experimental lo más fiel posible a la realidad que permita preparar con la mayor certeza experiencias finales realizadas en personas. Esta tarea se ha venido aplazando históricamente a la espera de significativos avances en la potencia de los sistemas de cálculo, barrera que Cerebro Azul se propone superar con la alianza entre EPFL e IBM.
La nueva herramienta permitirá explorar las bases moleculares, estructurales y funcionales de las conexiones entre neuronas, así como estudiar sus disfuncionamientos, mediante técnicas de simulación virtual que superan a todas las empleadas hasta ahora, ya que ofrecerán posibilidades inéditas de visualizar experiencias neuronales a nivel de microcircuitos.
Será la primera vez que los científicos puedan observar el código eléctrico cerebral, que nos sirve para representar el mundo. La idea es que en el proyecto se fusionen los conocimientos biológicos con los recursos informáticos, de manera que pueda realizarse a través de un programa informático un mapa detallado de los circuitos cerebrales.
Enormes posibilidades
Henry Markram, director del Brain Mind Institute, y sus colegas, se han pasado los últimos diez años construyendo una base de datos de la arquitectura neuronal del sistema Neocortical o neocortex del cerebro, compuesto de dos lóbulos (izquierdo y derecho).
El lóbulo izquierdo de esta región cerebral es el responsable de las conexiones y “programas” necesarios para procesar la información que recibimos. El lóbulo derecho, por su parte, permite la capacidad asociativa, la visión, la audición y la intuición.
El sistema neocortical nos diferencia de los animales debido a que en los humanos ha alcanzado el peso y las interconexiones suficientes para permitir la comunicación a través de un lenguaje racional. De este sistema, sin embargo, sólo hacemos uso del 10%, lo que indica tanto un desaprovechamiento de nuestras posibilidades como, a la inversa, una gran oportunidad de desarrollo que nos está esperando.
El equipo de investigación del Brain Mind Institute ha estudiado con precisión el comportamiento eléctrico de las neuronas y ha definido un conjunto de reglas de conexión entre los diferentes tipos de éstas.
Además, partes minúsculas del cerebro de algunos ratones han sido mantenidas con vida para ser estudiadas con microscopios con el fin de analizar las conexiones nerviosas o sinápticas de las neuronas (la sinapsis es la zona en la que dos neuronas se conectan).
Fases del proyecto
De esta forma, el BMI se ha hecho con la mayor base de datos del mundo de neuronas individuales. Utilizando estos datos, la primera fase del Poyecto Cerebro Azul consistirá en hacer un prototipo de la estructura eléctrica de las llamadas columnas neocorticales, que son circuitos eléctricos que se repiten en el cerebro.
Las columnas neocorticales son consideradas las unidades que forman la red eléctrica del cerebro. Miden entre 0,5 y 2 milímetros, y contienen desde 10 a 70.000 neuronas, dependiendo de cada especie.
Una vez que se complete la compilación de los datos, se hará un modelo o mapa de las columnas para pasar a la segunda fase del proyecto, que consistirá en la elaboración de dos modelos más.
Uno de ellos será el modelo molecular, en el que las neuronas se encuentran implicadas. El otro reproducirá el comportamiento de las columnas neocorticales miles de veces, hasta reproducir un sistema neocortical completo, e incluso un prototipo del resto del cerebro.
A las puertas de la conciencia
El proceso concluirá cuando este modelo completo sea estimulado y observado para ver como se comportan las diferentes partes del cerebro. Por ejemplo, la información visual podrá introducirse en el ordenador para ser recogida por el neocortex informatizado, de manera que la respuesta del Blue Brain pueda observarse y estudiarse.
Con esta revolucionaria herramienta se espera que el cerebro abra sus misterios al hombre, y podamos conocer la manera en que funciona al nivel más complejo. Hasta hoy, el conocimiento que se posee respecto a los procesos cerebrales básicos, como el pensamiento y la conciencia, se refiere más a los mecanismos asociados a esta actividad que al funcionamiento neurológico que la regula o influye.
Aunque no hay duda de que todos los procesos mentales (pensamiento, conciencia, imaginación, recuerdos, memoria, ilusiones o emociones en general) son un producto del funcionamiento cerebral, sin embargo se está topavía muy lejos de comprender los mecanismos cerebrales que generan estas actividades mentales. Profundizar en el conocimiento de estos complejos procesos que tanto nos condicionan la vida, es el objeto del Cerebro Azul.
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