Simulação cerebral permite testar Alzheimer e epilepsia sem tecido real no futuro

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Pesquisadores construíram uma das simulações mais detalhadas do cérebro de um rato, utilizando um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, o Fugaku. A iniciativa permite estudar doenças e a cognição de forma totalmente virtual, abrindo novas possibilidades para pesquisas em neurociência.

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A simulação reproduz quase dez milhões de neurônios, 26 bilhões de sinapses e 86 regiões cerebrais interconectadas. Segundo o site MedicalXpress, isso possibilita investigar Alzheimer, epilepsia e outros distúrbios sem precisar de experimentos em tecido real.

Como nasceu a maior simulação cerebral de um animal

O projeto é liderado por cientistas do Instituto Allen e por Tadashi Yamazaki, Ph.D., da Universidade de Eletrocomunicações do Japão, junto com outras três instituições. O supercomputador Fugaku, desenvolvido pelo RIKEN e pela Fujitsu, foi essencial para processar quatrilhões de cálculos por segundo e transformar dados biológicos em uma réplica digital funcional do córtex.

Com quase 160 mil nós distribuídos em camadas de unidades, prateleiras e racks, o Fugaku permitiu que o Brain Modeling ToolKit do Instituto Allen traduzisse propriedades biofísicas reais em neurônios digitais. O simulador Neulite faz os neurônios virtuais dispararem, sinalizarem e interagirem como no cérebro vivo.

“Isso mostra que a porta está aberta. Podemos executar esse tipo de simulação cerebral de forma eficaz com poder computacional suficiente” comenta Anton Arkhipov, pesquisador do Instituto Allen. Para ele, “é um marco técnico que nos dá a confiança de que modelos maiores não são apenas possíveis, mas alcançáveis”.

Por que a simulação é revolucionária

Observar o córtex cerebral virtual é como assistir à biologia em tempo real. O modelo reproduz a forma e a função do cérebro do rato, incluindo ramificações dos neurônios, ativações de sinapses e fluxo de sinais elétricos pelas membranas. Isso permite:

• Testar como doenças cerebrais se espalham e afetam redes neurais;
• Analisar o impacto das ondas cerebrais na cognição e no foco;
• Testar hipóteses de tratamentos e terapias em ambiente digital seguro;
• Substituir parte de experimentos feitos com tecido real, acelerando descobertas;
• Explorar o potencial de modelos futuros de cérebros humanos.

Nosso objetivo é construir modelos de cérebros inteiros, eventualmente humanos, usando todos os dados biológicos que estamos descobrindo.

Anton Arkhipov, Ph.D., pesquisador do Instituto Allen que trabalhou no projeto, em comunicado

A união da ciência e da tecnologia

A colaboração internacional combinou a expertise em neurociência com o poder computacional do Fugaku. O Instituto Allen forneceu modelos e dados reais do Banco de Dados de Tipos Celulares Allen e do Atlas de Conectividade Allen, enquanto o supercomputador japonês deu vida a essas informações.

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Com isso, a equipe avançou para um novo patamar de simulação, tornando o estudo do cérebro mais seguro, detalhado e eficiente.