マウスの脳がコンピューター上に再現された(脳と振る舞い) / 科学ニュースあらかると　-　ニューロン,脳の働きのシミュレーション

Mouse brain simulated on computer
BBC News　4/27

ニューロンというのは、脳の神経細胞なのですが、「シナプス結合」と呼ばれるものによって、他の神経細胞と結びつき、情報の入出力を行っています。脳はこのニューロンのつながりによって、記憶や学習を行っているのだ、と考えられています。

今回、現在世界最速の性能を持つ「BlueGene L」スーパー・コンピューター上に、マウスの脳の半分にあたる800万のニューロンの働きを再現させる事に成功したそうです。

使われたのは、それぞれが256MBのメモリを使用する、4096台のプロセッサを持つ「BlueGene L」スーパー・コンピューターなのですが、800万ほどのニューロンが、最大でひとつあたり6300のシナプスを持つという設定のマウスの脳の半分の活動を、「現実時間の10倍遅いスピード」で10秒間シミュレートしたそうです。つまりマウスの脳の半分の活動を「1秒分」再現したわけです。

ニューロンが自然にグループを作るのが観察されたり、仮想のシナプスが実際のシナプスで観察される連携パターンと同様の方法で、交互に活性化するのも観察されたそうです。実際のマウスの脳で見られる構造は欠けていたそうですが、それでも凄いものだと思います。

構造を与えて、シミュレーションがより実物に近い動きをみせるようにするのははるかに難しい課題になるかもしれないそうですが、今後に期待したいと思います。

なお、「人間の大脳皮質のニューロン数は100億位」だと言われています。それは1秒間に1テラ（1兆）回以上の演算を行なうことができるスーパー・コンピューターでも、再現不可能だとされています。

米国の科学者達は、スーパーコンピュータの上で仮想マウスの脳の半分をシミュレートしました

今回研究者達が用いたのは、「cortical simulator（皮質シミュレーター）」というものです。それは「BlueGene L」スーパーコンピュータの上でマウスの脳の半分と同じくらい大きく、同じくらい複雑なものを動かしました。

他のより小さいシミュレーションで、既に本物のマウスの脳で見られる思考のパターンの特性が観察されていた、と研究者達は語っています。

今回研究チームは、そのシミュレーションをより迅速に、より本物のマウスの脳のように動く物へと、チューニングしたのです。

生命のしるし

脳という組織は、その複雑さとそれに関連している要素との間の潜在的な相互作用が膨大である為に、シミュレーションの際に膨大な問題を提起します。

今回のシミュレーションを行ったJames・Frye、Rajagopal・Ananthanarayanan、 Dharmendra・S・Modhaという3人の研究者達は、「Towards Real-Time, Mouse-Scale Cortical Simulations」と題名が付けられた非常に短い研究ノートで、彼らがどの様にそれに取り組んだのか、という事を明かしています。

本物のマウスの脳の半分には、800万ほどのニューロン（神経細胞）が存在していると考えられています。そしてそのそれぞれが、他の神経繊維との間に、最大8000のシナプス（接続）を持ちうるのです。

そのようなシステムをモデル化する場合には、「あらゆるコンピューティング・プラットホームで、計算能力、コミュニケーション、記憶容量といったものに凄まじい負担」がかかるのだ、と彼らは書いています。

IBM社の「Almaden Research Lab」とUniversity of Nevadaの研究者達からなる研究チームは、それぞれが256MBのメモリを使用する、4096台のプロセッサを持つ「BlueGene L」スーパー・コンピューター上で、そのシミュレーションを実行しました。

研究者達はそのマシンを使用して、最大で6300のシナプスを持つ、800万のニューロンが存在する、半分の大きさの仮想のマウス脳を作成しました。

そのシミュレーションは非常に複雑なものです。それは現実の10倍遅い速度で、10秒間だけそれを動かすことができる事を意味しました。つまり本物のマウス脳の1秒分だけがシミュレートされたのです。

研究者達は他のより小さなシミュレーションの際に、神経インパルスが仮想の外皮を通して「生物学的に一貫した力学的な特性」を持って流れたのが観察されていた、と語っています。

研究チームはそのようなテストの際に、ニューロンが自然にグループを作るのを観察しています。彼らは、シミュレートされたシナプスが、実際のシナプスで観察される連携パターンと同様の方法で、交互に活性化するのも観察しています。

研究者達は、今回のシミュレーションは神経の接続という面では、マウスの精神の性質とのいくつかの類似性を持っていたが、実際のマウスの脳で見られる構造は欠けていた、と語っています。

そのような構造を与え、シミュレーションが有益な仕事を」するするようにするのは、単に配線工事を行うよりもはるかに難しい課題になるかもしれません。

研究チームは、将来のテストのためにシミュレーションをより高速化し、実際のマウスの脳で観察される構造を付け加える事によって、それを neurobiologically（神経生物学的）に、より本物に忠実なものに作り上げ、ニューロンとシナプスの反応をより詳細なものする事を目指しています。

猫足　4/30
＞　はてなの巨大ネズミさんへ
脳が「活性化」するには、「きっかけ」が必用なはずです。だから、この記事が伝えているのは、シミュレーションされた脳細胞のどこかを刺激したら、生体と同様の連鎖的な活動が見られた（グループ化が生じた）という事なのでしょう。

ただ、例えば「海馬」、「扁桃」などのような、ニューロンが作り出している構造は再現できていない、という話なのだと思います。私には用語のニュアンスは判りませんが、ニューロンは場所によって異なる仕事をしていたりしますので、多分そういう事でしょう。BBCで扱うのは一般向きの科学ニュースなので、あまり詳細な情報はありません。

ちなみにこの記事は「脳と振る舞い」に入れました。「脳」というのは大変な器官なのだなぁ、という意味合いです。人間の脳を作れるまでに、あとどれだけの時間が必用なことやら　…

「ニューロン」、「脳の働きのシミュレーション」

「新型インフルエンザ」は、非常に事態の展開が早いです。
まず記事の日付を確かめ、必ず表紙で最新情報を見てくださいね。