Korszakalkotó tanulmányukat a lausanne-i egyetem (EPFL) Blue Brain Project elnevezésű programjának kutatói az amerikai tudományos akadémia folyóiratában, a PNAS-ben tették közzé.

Az idegtudomány egyik legnagyobb kihívása, hogy azonosítsa az idegsejtek közti kapcsolódások hálózatát, amely megmagyarázza, hogy miként áramlik az agyon belül az információ. A most megismert elvek segítségével megjósolhatóvá válik a szinapszisok (kapcsolódási pontok) helye az agy neokortexében, amely a homloklebeny legfejlettebb része.

"Alapvető áttörésről van szó, mert máskülönben évtizedekig, ha nem évszázadokig tartana feltérképezni minden egyes szinapszis helyét az agyban, ráadásul jócskán megkönnyíti, hogy pontos modelleket építsünk" - magyarázta Henry Markram, a projekt vezetője.

A kutatók a kérgi mikroáramkörök virtuális felépítésekor azt vizsgálták, hogy hol találkoznak egymással a neuronok elágazásai. Meglepetésükre kiderült, hogy a modellben talált helyek 75-95 százalékos pontossággal megegyeztek a valós agyi áramkörök szinapszisainak helyével.

Ez azt jelenti, hogy az idegsejtek annyira függetlenül növekednek egymástól, amennyire csak fizikailag lehetséges, és főként ott hoznak létre kapcsolódási pontokat, szinapszisokat, ahol eközben véletlenszerűen egymásba ütköznek. Rábukkantak néhány kivételre is, ami arra utal, hogy speciális esetekben az idegsejtek kémiai szignálokat használnak, hogy megváltoztassák a statisztikai jellegű kapcsolódást. Mindezek ismeretében a Blue Brain munkacsoport közel tökéletes jóslást tud adni az áramkörben lévő kapcsolódási pontok helyére.

A munkához szükséges virtuális kérgi mikroáramkört az IBM nagy teljesítményű Blue Gene szuperszámítógépén 3D-s modell formájában hozták létre, neuronról neuronra építve fel. Körülbelül 10 ezer virtuális idegsejtből épült fel a modell, a neuronok helye véletlenszerű volt, de sűrűségük megfelelt az élő szövetek morfológiai típusainak.

A felfedezés azt is megmagyarázza, hogy miként képes ellenállni az agy a károsodásnak, és arra utal, hogy adott fajon belül a szinapszisok helye minden egyes egyed agyában inkább tekinthető hasonlónak, mint eltérőnek. A tanulmány jelentősen felgyorsítja az utat, amíg a kutatók eljutnak az idegrendszer részletes modelljének megalkotásához - írta az EurekAlert című amerikai tudományos portál.

2005-ben indult a projekt

A mesterséges agy elkészülését az Oxfordban a napokban zajló TED Global 2009-es tudományos konferenciáján jelentette be Henry Markram professzor, a Blue Brain Project igazgatója. A Blue Brain Project elnevezésű agyszimuláció-kísérletét 2005-ben indította el a svájci Brain Mind Institute. A program célja az emlősök agyának valós laboratóriumi adatokból történő "visszafejtése" és egy molekuláris szintről építkező számítógépes modell létrehozása.

Markram professzor szerint a mesterséges agy különösen nagy segítséget jelent majd a mentális betegségek gyógyítására szolgáló új terápiák kifejlesztésében. Mint rámutatott, a világon mintegy kétmilliárd ember szenved valamilyen fokú mentális problémától.

Markram csoportja az agykéreg törzsfejlődési szempontból legfiatalabb részének, a neokortexnek ("új-agykéreg" - ez a legmagasabb rendű érző- és mozgatófunkciók agyi központja) a vertikális struktúráira koncentrált. Ezek az egymásra rétegződő idegsejtekből álló "oszlopok" a tudósok szerint a neocortex funkcionális alapegységei. Az emberi agyban mintegy félmillióra tehető ezeknek az "oszlopoknak" a száma, mindegyikük körülbelül 60 ezer neuronból áll.

A tudóscsoport már 18 éve tanulmányozza az agykérgi "oszlopok" struktúráját, a feladat Markram szerint olyan, mintha katalogizálni próbálnánk az esőerdők faállományát - felmérni, hogy pontosan hány fa található bennük, majd azokat fajonként osztályozni. "Ám ez valamivel nagyobb feladat, mint egyszerű katalogizálás, mivel fel kell fedeznünk, le kell írnunk az összes kapcsolódást, az összes kommunikációs szabályt" - magyarázta a professzor.

Rendelkeznek egy olyan számítógépes modellel, amely a neuronok tízezreit integrálja, és minden idegsejt különböző. Ez lehetővé tette egy szimulátor, azaz egy mesterséges neokortikális "oszlop" megalkotását. S bár minden neuron egyedi, a kutatócsoport tapasztalatai szerint az összes agy egyazon "kapcsolási" séma szerint működik.

A tudósok a modell életre keltéséhez egy szuperszámítógépet, az IBM tízezer processzorral rendelkező Blue Gene komputerét alkalmazták. A szimulációk, amelyek révén a kutatók megismerhetik, hogy mily módon működik az agy, már megkezdődtek.

Markram példákat sorolva elmondta, hogyha a kísérletek során a mesterséges agynak mutatnak egy virágot, akkor megfigyelhetik a gép elektromos aktivitásának változását."Vizuális ingerrel aktiváljuk a rendszert, amely a látottakat 'egyéni' módon képezi le" - fejtette ki a professzor, aki szerint a végső cél előhívni ezt a leképzést. Így a kutatók közvetlenül megvizsgálhatják, hogy miként is érzékeli az agy a környező világot.

Markram szerint az agykutatások és a filozófia fejlődése révén a Blue Brain projektnek lehetnek más gyakorlati alkalmazásai is. Meggyőződése szerint ha összegyűjtenék az állatok agyműködésére vonatkozó összes neurobiológiai adatot, úgy egy új Noé bárkája "épülhetne meg", ami lehetővé tenné különböző állatok agyszimulációs modelljének a létrehozását. "Elvégre nem kísérletezhetünk az idők végezetéig az állatokkal" - hangsúlyozta a professzor.

A Blue Brain projekt lehetőséget ad az agy betegségeinek megismerésére is. "Bolygónkon kétmilliárd ember szenved mentális zavarokban" - mutatott rá előadásában Henry Markram, aki szerint kutatásaik új gyógymódok kifejlesztéséhez is segítséget nyújthatnak.