Para ilmuwan telah mengungkap peta otak paling detail yang pernah dibuat.
Bagan menarik ini mewakili hampir 10 juta neuron, 26 miliar sinapsis, dan 86 wilayah otak yang saling berhubungan.
Itu dibuat dengan Fugaku, Jepangsuperkomputer ultra-cepat yang mampu melakukan kuadriliun kalkulasi per detik.
Para ilmuwan akan menggunakan salinan digital mereka untuk menjawab pertanyaan tentang apa yang terjadi pada suatu penyakit, bagaimana gelombang otak membentuk fokus mental, dan bagaimana kejang menyebar di otak.
Hingga saat ini, pertanyaan-pertanyaan ini hanya dapat dijawab dengan menggunakan jaringan otak yang sebenarnya, satu eksperimen dalam satu waktu.
Dr Anton Arkhipov, peneliti di Allen Institute di Seattle yang mengerjakan proyek tersebut, menyebut peta tersebut sebagai ‘tonggak sejarah teknis’.
‘Dengan kekuatan komputasi seperti ini, tujuan dari model otak yang lengkap dan akurat secara biofisik bukan lagi sekadar fiksi ilmiah,’ katanya.
‘Para ilmuwan berada di batas baru di mana memahami otak berarti, secara harfiah, mampu membangun otak.’
Gambar tersebut adalah simulasi detail dari seluruh neuron korteks tikus demi neuron. Ini mewakili aktivitas ‘spontan’ korteks dalam keadaan istirahat. Neuron diwarnai oleh area kortikal dan ditandai dengan kilatan cahaya saat aktif. Hanya 1 persen neuron yang ditampilkan untuk kejelasan
Gambar baru yang menakjubkan ini adalah salinan virtual dari korteks tikus, lapisan terluar otak yang sangat penting.
Warna-warna cerah mengacu pada area kortikal berbeda yang bertanggung jawab untuk berbagai pekerjaan, seperti pemrosesan visual, pergerakan tubuh, pengambilan keputusan, dan banyak lagi.
Setiap wilayah terdiri dari hutan neuron yang sangat lebat (atau dikenal sebagai sel saraf) yang mengirimkan sinyal listrik dan kimia untuk memungkinkan komunikasi ke seluruh otak dan tubuh.
Cabang-cabang kecil seperti pohon putih yang memancar dari seluruh wilayah adalah neuron aktif, yang melonjak, memberi sinyal, dan mengobrol untuk mengirim pesan.
Sinyal listrik merambat sepanjang satu neuron, dari badan pusatnya yang bulat ke bawah ke sulur panjang khusus yang disebut akson, hingga akson tersebut mencapai titik koneksi dengan neuron lain.
Sinyal listrik memicu sinyal kimia, di mana molekul yang dikenal sebagai neurotransmiter mengalir dari satu sel ke sel berikutnya dan berfungsi sebagai sinyal pelepasan, memulai arus listrik baru di sel berikutnya.
‘Pemodelan sangat penting, karena otak adalah sistem yang terlalu rumit untuk menggunakan intuisi Anda untuk mengetahui bagaimana sel seharusnya berperilaku,’ kata Dr Tim Jarsky, direktur elektrofisiologi di Allen Institute.
‘Bahkan dengan subset jenis neuron dalam kumpulan data ini, kami memiliki begitu banyak kemungkinan interaksi dengan berbagai jenis sinyal.
Simulasi otak yang sangat mendetail menunjukkan hutan neuron yang lebat – atau dikenal sebagai sel saraf, yang mengirimkan sinyal listrik dan kimia untuk memungkinkan komunikasi
Simulasi tersebut, yang dilakukan pada superkomputer Fugaku dengan sekitar 150.000 node komputasi, menggambarkan dinamika biologis korteks tikus selama beberapa detik.
‘Anda benar-benar memerlukan model untuk memahami bagaimana sirkuit dapat berperilaku ketika Anda menggabungkan semua elemen tersebut.’
Menurut para ahli, tujuan jangka panjangnya adalah untuk mensimulasikan seluruh otak tikus, bukan hanya korteks, serta model otak manusia.
Namun, ini adalah model yang dapat diandalkan untuk perkembangan otak manusia karena kesamaan struktural tertentu antara kedua spesies tersebut.
Gambar tersebut dibuat menggunakan Fugaku, superkomputer canggih di Riken Center for Computational Science di Kobe, Jepang.
Superkomputer andalan Jepang mampu melakukan lebih dari 400 kuadriliun kalkulasi per detik dan dapat mengolah data lebih cepat dari yang bisa kita bayangkan.
Sebagai gambaran, jika Anda mulai menghitung dalam hitungan detik sekarang, dibutuhkan waktu lebih dari 12,7 miliar tahun untuk mencapai angka tersebut – hampir sama dengan usia alam semesta!
‘Fugaku digunakan untuk penelitian di berbagai bidang ilmu komputasi, seperti astronomi, meteorologi, dan penemuan obat-obatan, yang berkontribusi terhadap penyelesaian banyak masalah masyarakat,’ kata Dr Tadashi Yamazaki dari Universitas Elektro–Komunikasi Jepang di Tokyo.
‘Pada kesempatan ini, kami menggunakan Fugaku untuk simulasi sirkuit saraf.’
Ini adalah produk Superkomputer Fugaku (foto), salah satu superkomputer tercepat di dunia yang dibangun dengan dukungan pemerintah Jepang
Fugaku dianggap sebagai superkomputer tercepat di dunia pada bulan Juni 2020, namun lima tahun kemudian ia merosot ke posisi terbawah. 500 TERATAS daftar ke ketujuh.
Di urutan teratas daftar adalah El Capitan, yang diselenggarakan di Lawrence Livermore National Laboratory di Livermore, California.
El Capitan, superkomputer paling kuat di dunia, adalah sistem ‘exascale’ ketiga yang digunakan oleh Amerika Serikat.
Exascale mengacu pada sistem yang dapat melakukan setidaknya satu triliun operasi per detik – satu miliar miliar penghitungan, atau 1 diikuti oleh 18 angka nol.
Makalah yang akan datang akan mengungkap simulasi otak virtual baru di SC25, sebuah konferensi superkomputer yang berlangsung minggu ini di St. Louis, Missouri.
