Un superordenador japonés consigue simular la mayor red neuronal

*Aunque la red creada es enorme, con 10.400.000.000.000 de sinapsis, sólo representa el 1% de la red neuronal del cerebro



Usando todo el poder de cálculo del superordenador japonés K, un grupo de investigadores ha logrado la mayor simulación de una red neuronal conseguida hasta ahora. El proceso duró 40 minutos y consiguió simular un segundo de la actividad de una red biológica. Aunque la red simulada era enorme, sólo representa el 1 por ciento de la red neuronal del cerebro.

Los investigadores lograron simular una red consistente en 1.730.000.000 células nerviosas conectadas mediante 10.400.000.000.000 de sinapsis. Para llevar a cabo esta hazaña, el programa NEST utilizó 82.944 procesadores de la supercomputadora K. El proceso duró 40 minutos y completó la simulación de 1 segundo de actividad en una red neuronal biológica. La relevancia de utilizar un programa como NEST estriba en que se trata de un software de simulación de código abierto disponible gratuitamente para todos los científicos del mundo.

Aunque la red simulada es enorme, apenas representa el 1% de la red neuronal de un cerebro. Esto es así porque las células nerviosas se conectan al azar y, además, la simulación no pretendía proporcionar nuevos conocimientos sobre el cerebro en sí, sino poner a prueba los límites de la tecnología de simulación desarrollada por NEST y las capacidades de K. Durante el ensayo los investigadores reunieron una valiosa experiencia que les ayudará en la programación de nuevo software de simulación. Sin embargo, este logro ha proporcionado a los neurocientíficos una idea muy aproximada de lo que será posible hacer en el futuro, con la nueva generación de ordenadores, los llamados exa-escala.

«Si los equipos PETA escala, como el K, son capaces de representar ya el 1% de la red neuronal completa de un cerebro humano, entonces sabemos que la simulación de todo el cerebro a nivel de células nerviosas individuales y sus sinapsis será posible con los ordenadores exa-escala, que esperemos estén disponibles en la próxima década», explica Markus Diesmann, director de la investigación en colaboración con Abigail Morrison, ambos del Instituto de Neurociencia y Medicina de Jülich, Alemania.

Memoria de 24 bytes
La simulación de una red neuronal grande, y la de un proceso como el aprendizaje, requiere de inmensas cantidades de memoria informática. Las sinapsis, las estructuras de interconectividad entre dos neuronas, se modifican constantemente por la interacción neuronal, y los simuladores deben tener en cuenta estas modificaciones. Pero más importante que el número de neuronas en la red simulada es el hecho de que, durante la simulación, cada sinapsis entre las neuronas excitadoras requirió 24 bytes de memoria. Esto permitió al equipo conseguir una descripción matemática exacta de la red. En total, el simulador coordinó el uso de alrededor de un petabyte de la memoria principal de K que, para hacerse una idea, equivale a la suma de la memoria de unos 250.000 PCs.

Kenji Doya, del Instituto de Tecnología de Okinawa, que actualmente lidera un proyecto que pretende esclarecer el control neuronal y el mecanismo de la enfermedad de Parkinson, afirma que «estos experimentos abren el camino para simulaciones combinadas entre el cerebro y el sistema músculo-esquelético utilizando el equipo K. Además, se demuestra que la neurociencia puede hacer pleno uso de los superordenadores peta-escala que existen actualmente».

El logro obtenido por el supercomputador K en combinación con el software NEST ofrece una nueva tecnología para la investigación del cerebro en Japón, y es una noticia muy alentadora para el Proyecto Cerebro Humano (HBP) de la Unión Europea, que está previsto que comience el próximo mes de octubre y que utilizará como supercomputadora central la que está instalada en el Forschungszentrum de Jülich. Los investigadores en Japón y Alemania tienen previsto continuar con su exitosa colaboración en la próxima era de los ordenadores exa-escala.

Usando NEST (software de simulación de estructuras de datos), el equipo dirigido por Markus Diesmann en colaboración con Abigail Morrison (Instituto de Neurociencia y Medicina de Jülich) simularon exitosamente una red de 1.730 millones de células nerviosas conectadas por 10.4 billones de sinapsis. Para conseguirlo, el programa utilizó 82.944 procesadores [...] El proceso duró 40 minutos, el equivalente a 1 segundo de actividad neuronal en tiempo biológico real.