La supercomputadora Fugaku, consigue simular la corteza cerebral de un ratón, un modelo virtual que permite a los investigadores «recrear» enfermedades como el Alzheimer o la epilepsia.

El modelo virtual permite a los investigadores «recrear» enfermedades en el ordenador como el Alzheimer o la epilepsia para observar en detalle cómo se propaga el daño a través de las redes neuronales. La tecnología es capaz de procesar cuatrillones de cálculos por segundo (eso equivale a un 1 seguido de 24 ceros) y así simular la actividad de 10 millones de neuronas, 26 mil millones de sinapsis y 86 regiones cerebrales interconectadas.

La supercomputadora japonesa ha recreado por primera vez la corteza cerebral completa de un ratón, un modelo digital con casi diez millones de neuronas, 86 regiones cerebrales interconectadas y 26.000 millones de sinapsis (el punto de conexión donde una neurona envía señales químicas o eléctricas a otra para comunicarse). Este avance marca un antes y un después en la forma de estudiar el funcionamiento del cerebro y permite simular enfermedades neurológicas como el Alzheimer o la epilepsia en un entorno completamente virtual.

Los científicos pueden usar este modelo de corteza de ratón para hacer preguntas detalladas sobre lo que sucede en una enfermedad, cómo las ondas cerebrales dan forma al enfoque o cómo se propagan las convulsiones en el cerebro y probar sus hipótesis.

Tradicionalmente, estas preguntas solo podían hacerse usando tejido cerebral real, con un experimento a la vez. Estas simulaciones pueden ayudar a encontrar respuestas para los trastornos cerebrales al revelar cómo comienzan los problemas antes de que aparezcan los síntomas.

«Esto demuestra que la puerta está abierta. Podemos ejecutar este tipo de simulaciones cerebrales de manera efectiva con suficiente potencia informática», comenta Anton Arkhipov, investigador del Instituto Allen que trabajó en el proyecto. «Es un hito técnico que nos da la confianza de que los modelos mucho más grandes no solo son posibles, sino también alcanzables con precisión y escala».

Cabe recordar que Fugaku, desarrollado conjuntamente por RIKEN y Fujitsu, es una de las supercomputadoras más rápidas del mundo capaz de realizar más de 400 cuatrillones de operaciones por segundo. Para ponerlo en perspectiva, si se comenzara a contar ahora mismo, una por una por segundo, se tardaría más de 12.700 millones de años en alcanzar esa cifra (aproximadamente la edad del universo: 13.800 millones de años).

La supercomputadora está compuesta por pequeñas partes llamadas nodos que se agrupan en capas como unidades, estantes y bastidores. Juntos, estos componentes suman un total de 158.976 nodos, lo que permite a Fugaku gestionar un volumen masivo de datos y cálculos.

Utilizando el Brain Modeling Toolkit del Instituto Allen, el equipo tradujo los datos a la simulación digital funcional de la corteza. Un simulador de neuronas, Neulite, convirtió las ecuaciones en neuronas que se activan, emiten señales y se comunican como sus contrapartes vivas.

Observar la corteza cerebral de un ratón simulado es como observar la biología en tiempo real. Captura la estructura y el comportamiento reales de las células cerebrales, hasta las ramificaciones que provienen de las neuronas, las activaciones de las sinapsis (los diminutos contactos que transmiten mensajes desde las neuronas ascendentes a las ramificaciones de las neuronas descendentes) y el flujo y reflujo de las señales eléctricas a través de las membranas.

Con este tipo de poder computacional, el objetivo de un modelo cerebral completo y biofísicamente preciso ya no es solo ciencia ficción. Los científicos se encuentran en una nueva frontera donde comprender el cerebro significa, literalmente, ser capaces de construir uno.