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ブルーブレイン プロジェクトは、マウスの脳のデジタル再構成を目的とするスイスの脳研究イニシアチブです。このプロジェクトは、スイスのローザンヌ連邦工科大学(EPFL) のブレイン マインド インスティテュートによって 2005 年 5 月に設立されました。その使命は、哺乳類の脳の生物学的に詳細なデジタル再構成とシミュレーションを使用して、脳の構造と機能の基本原理を特定することです。
このプロジェクトは創設ディレクターのヘンリー・マークラム（欧州人間脳プロジェクトも立ち上げた）が率いており、フェリックス・シュールマン、アドリアナ・サルヴァトーレ、ショーン・ヒルが共同ディレクターを務めている。マイケル・ハインズのNEURONを実行するBlue Gene スーパーコンピューターを使用して、シミュレーションには生物学的にリアルなニューロンモデル[1] [2] [3]と経験的に再構築されたモデルコネクトームが含まれる。
マドリードのスーパーコンピューティングおよび視覚化センター(CeSViMa)が調整するCajal Blue Brainや、大学や独立した研究所が運営するその他の コラボレーションなど、数多くのコラボレーションがあります。
歴史
2006年に、このプロジェクトは、単純化されたニューロンを備えた新皮質柱の最初のモデルを作成しました。 [4] 2007年11月には、ラットの新皮質柱の初期モデルが完成しました。これにより、新皮質柱の作成、検証、研究のためのデータ駆動型プロセスが提供され、最初のフェーズが終了しました。[5] [4] [6]
一部の研究者は、大脳新皮質柱を大脳新皮質の最小の機能単位であると考えており、[7] [8]意識的な思考などの高次機能に関与していると考えられています。ヒトでは、各柱の長さは約 2 mm (0.079 インチ)、直径は 0.5 mm (0.020 インチ) で、約 60,000 個のニューロンが含まれています。ラットの大脳新皮質柱は構造が非常に似ていますが、ニューロンは 10,000 個、シナプスは10 8 個しかありません。
2009年、ヘンリー・マークラムは「詳細かつ機能的な人工人間の脳は、今後10年以内に構築できる」と主張した。[9]彼はヒューマン・ブレイン・プロジェクトを考案し、ブルー・ブレイン・プロジェクトがこれに寄与した。[4]このプロジェクトは、2013年に欧州連合から最大13億ドルの資金提供を受けた。[10]
2015年に、このプロジェクトは3万個のニューロンを持つラットの脳の一部をシミュレートしました。[11]また2015年には、ローザンヌ連邦工科大学（EPFL）の科学者が、これまで知られていなかったニューロンとアストロサイトの関係の定量モデルを開発しました。このモデルは、神経グリア血管ユニット（NGV）の機能を通じて脳のエネルギー管理を説明しています。ニューロンとグリア細胞の追加層がブルーブレインプロジェクトのモデルに追加され、システムの機能性が向上しています。[12]
2017年、ブルー・ブレイン・プロジェクトは、ニューラル・クリークが最大11次元で互いにつながっていることを発見した。プロジェクトの責任者は、脳を理解するのが難しいのは、ニューラルネットワークの研究に通常適用される数学ではそれほど多くの次元を検出できないことが一因であると示唆した。ブルー・ブレイン・プロジェクトは、代数的位相幾何学を使用してこれらのネットワークをモデル化することができた。[13]
2018年、ブルー・ブレイン・プロジェクトは初のデジタル3D脳細胞アトラス[14]をリリースしました。ScienceDailyによると、これは「手描きの地図からGoogle Earthに移行する」ようなもので、脳の737領域における主要な細胞の種類、数、位置に関する情報を提供します。[15]
2019年、ブルー・ブレイン・プロジェクトに取り組んでいる計算神経科学者の一人であるイダン・セゲフは、「コンピューターの中の脳：脳のシミュレーションから何を学んだか」と題した講演を行った。講演の中で、彼はマウスの脳の皮質全体が完成しており、仮想EEG実験が間もなく開始されると述べた。また、当時使用していたスーパーコンピューターではモデルが重すぎるため、すべてのニューロンを人工ニューラルネットワークとして表現できる方法を模索していると述べた（詳細は引用を参照）。[16]
2022年、ブルー・ブレイン・プロジェクトの科学者たちは代数的位相幾何学を用いて、数例のみから多数のユニークな細胞を生成し、何百万ものユニークなニューロン形態を合成するアルゴリズム、トポロジカル・ニューロン合成を作成した。これにより、脳の健康な状態と病気の状態の両方を再現することができる。ある論文では、ケナリらは、このアルゴリズムを使用してマウスの脳から樹状突起の形態をデジタル合成することに成功した。彼らは、わずか数個の参照細胞から脳の領域全体をマッピングした。これはオープンソースであるため、脳疾患のモデル化が可能になり、最終的にはこのアルゴリズムが脳のデジタルツインにつながる可能性がある。[17]
ソフトウェア
ブルー・ブレイン・プロジェクトは、マウスの脳を再構築し、シミュレートするためのソフトウェアを数多く開発してきました。以下で紹介するソフトウェアツールはすべてオープンソースソフトウェアであり、 GitHubで誰でも利用できます。[18] [19] [20] [21] [22] [23]
ブルーブレインネクサス
Blue Brain Nexus [24] [25] [26]は、ナレッジグラフを使用してユーザーがデータを検索、保管、整理できるようにするデータ統合プラットフォームです。FAIRデータ原則に基づいて、神経科学研究を超えた柔軟なデータ管理ソリューションを提供します。
ブルーパイオプト
BluePyOpt [27]は、単一ニューロンの電気モデルを構築するために使われるツールです。このツールは、進化的アルゴリズムを使用して、実験電気生理学的データにパラメータを制限します。BluePyOpt を使用して単一ニューロンを再構築する試みは、Rosanna Migliore、[28]および Stefano Masori [29]によって報告されています。
コアニューロン
CoreNEURON [30]はNEURONの補助ツールであり、メモリ使用量と計算速度を向上させることで大規模なシミュレーションを可能にします。
ニューロモルフォビズ
NeuroMorphoVis [31]はニューロンの形態を可視化するツールである。
ソナタ
SONATA [32]は、Blue Brain ProjectとAllen Institute for Brain Scienceの共同プロジェクトであり、より大きな計算メモリと効率性を備えたマルチプラットフォームの作業環境を実現するデータ形式の標準を開発することを目的としています。
資金調達
このプロジェクトの資金は主にスイス政府と欧州委員会の未来・新興技術（FET）フラッグシップ助成金によって賄われており、[33]二次的に個人からの助成金と寄付によって賄われている。EPFLはBlue Geneコンピュータを低価格で購入したが、これはまだプロトタイプであり、IBMはアプリケーションがこのマシン上でどのように動作するかを調べることに興味を持っていたためである。BBPはBlue Geneスーパーコンピュータのコンセプトの検証と見なされていた。[34]
批判
ブルー・ブレイン・プロジェクトの経営陣は、2013年に自ら設定した非常に野心的な目標を達成できなかった。[35] [36]
2014年9月には、プロジェクトの主要な推進者であるヘンリー・マークラム教授の運営と、プロジェクトに資金を提供したブリュッセル当局の不注意を批判する声が上がっていた。[37] [38]
関連プロジェクト
カハールブルーブレイン
カハール・ブルー・ブレイン・プロジェクトは、ハビエル・デ・フェリペ率いるマドリード工科大学がコーディネートし、マドリードのスーパーコンピューティング・ビジュアライゼーション・センターとそのスーパーコンピュータMageritの施設を利用している。[39]カハール研究所もこの共同研究に参加している。カハール・ブルー・ブレインで現在行われている主な研究分野には、神経学的実験とコンピュータシミュレーションがある。[40]新しく設計された脳顕微鏡の形をしたナノテクノロジーは、その研究計画において重要な役割を果たしている。[41]
ドキュメンタリー
ノア・ハットンは10年かけてドキュメンタリー映画『In Silico』を制作した。この映画は2021年4月に公開された。 [42]この映画はブルー・ブレイン・プロジェクトの「変化する目標とランドマーク」[43]とドラマ「結局のところ、これは科学に関することではない。権力、貪欲、エゴ、名声の普遍性に関することなのだ」[44] [45]を扱っている。
参照
参考文献
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- ^ BlueBrain / CoreNeuron、The Blue Brain Project、2020-12-15、2020-12-16取得
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さらに読む
- ドヴォルシャク、マンフレッド（2007 年 2 月 7 日）。 「スイスで頭脳を育てる」。デアシュピーゲル。
- Lehrer, Jonah (2008 年 3 月 3 日)。「突然の出来事: 思考、記憶、意思決定、生物学的に正確な脳をスーパーコンピューターから構築できるか?」Seed Magazine。2009年 2 月 7 日のオリジナルからアーカイブ。
- Markram, H. (2006年2 月)。「ブルー ブレイン プロジェクト」。Nature Reviews。神経科学。7 (2) : 153–60。doi : 10.1038/nrn1848。PMID 16429124。S2CID 15752137。
- Ray, S. (2005 年 6 月 6 日)。「IBM が脳のシミュレーションを目指す」Forbes。2005年 6 月 8 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ブルー・ブレイン・プロジェクトに関連するメディアがあります。
- ブルー・ブレイン・プロジェクト、ローザンヌ。
- Blue Brain Portal - 神経科学の知識空間。
- YouTubeの Blue Brain Project : Idan Segev 氏へのインタビュー。
- カハール・ブルー・ブレイン・プロジェクト。
- Blue Brain に関する FAQ。
- NCS ドキュメント。
- 哺乳類の知性の核心を再構築するヘンリー・マークラムの講演、2008 年 3 月 4 日。
- ヘンリー・マークラム: スーパーコンピューターの脳 TED カンファレンス。2009 年 7 月。