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IBM e la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hanno annunciato un'importante iniziativa di ricerca denominata Blue Brain Project che ha come obiettivo lo studio del cervello.
Nei prossimi due anni gli scienziati di entrambe le organizzazioni lavoreranno insieme utilizzando l'enorme capacità di calcolo del supercomputer IBM Blue Gene per creare un modello dettagliato dei circuiti della
neocorteccia, la parte più ampia e complessa dell'intero cervello umano. Ampliando il progetto per modellare altre aree cerebrali, gli scienziati sperano di riuscire a costruire un modello informatico preciso dell'intero cervello.
Il funzionamento del cervello è relativamente sconosciuto. Utilizzando il modello digitale gli scienziati effettueranno simulazioni sul computer del cervello a livello molecolare gettando luce sui processi interni come il pensiero, la percezione e la memoria. Gli scienziati sperano inoltre di comprendere meglio le modalità e i motivi dei malfunzionamenti di taluni microcircuiti cerebrali che si pensa siano causa di numerosi disordini della personalità come l'autismo, la schizofrenia e la depressione.
"La modellazione del cervello a livello cellulare è una sfida immane a causa delle centinaia di migliaia di parametri che devono essere considerati", ha dichiarato Henry Markram, il docente dell'EPFL che guida il progetto. "IBM vanta un'esperienza senza pari nelle simulazioni biologiche e la tecnologia di supercomputing più avanzata del mondo. Unendo le nostre risorse e competenze possiamo intraprendere una delle iniziative più ambiziose mai tentate nella ricerca neuroscientifica".
Markram è il fondatore del Brain and Mind Institute dell'EPFL, organizzazione in cui più di dieci anni di ricerca e di esperimenti su cervelli reali sono stati consolidati nel più completo patrimonio mondiale di dati sulla microarchitettura corticale.
I ricercatori IBM utilizzeranno la loro esperienza nella simulazione di sistemi biologici complessi per aiutare a trasformare questi dati in un modello tridimensionale funzionante che ricrei le interazioni elettrochimiche ad alta velocità che avvengono all'interno del cervello. Sul supercomputer Blue Gene il modello sarà in grado di simulare i processi cerebrali in tre dimensioni con una precisione mai raggiunta prima.
"Blue Gene è nettamente il supercomputer più veloce del mondo e offre agli scienziati di ogni parte del pianeta l'accesso a livelli di potenza di calcolo senza precedenti", ha affermato Tilak Agerwala, Vice President of Systems di IBM Research. "Ma ciò che importa non è la potenza in sé, bensì come essa viene applicata con modalità innovative che abbiano il potenziale di trasformare la nostra comprensione del mondo e migliorare la nostra qualità di vita".
Utilizzando un supercomputer Blue Gene per effettuare esperimenti in tempo reale, Markram si attende una sostanziale accelerazione nello sviluppo della ricerca sul cervello. "Con un modello informatico preciso del cervello, buona parte del pre-testing e della pianificazione normalmente richiesti da un esperimento può essere eseguita con un computer anziché in laboratorio. Con certe simulazioni pensiamo che un intero giorno di lavoro di laboratorio possa essere svolto su Blue Gene in pochi secondi".
Il sistema che sarà installato presso l'EPFL occuperà lo spazio equivalente a quello di circa quattro frigoriferi con una velocità di calcolo di picco di almeno 22,8 trilioni di operazioni in virgola mobile al secondo (22,8 teraflops), imponendosi come uno dei più potenti supercomputer del mondo.
La prima fase del progetto prevede la realizzazione di una replica software di una colonna neocorticale. La neocorteccia costituisce circa l'85% della massa totale del cervello umano, e si ritiene sia la sede responsabile delle funzioni cognitive del linguaggio, dell'apprendimento, della memoria e del pensiero complesso. Una replica accurata della colonna neocorticale è un primo passo essenziale per simulare l'intero cervello e fornirà il collegamento tra i livelli genetici, molecolari e cognitivi della funzione cerebrale. Le fasi successive amplieranno la simulazione includendo circuiti di altre regioni del cervello e, in ultimo, dell'intero organo.
Nell'ambito dell'accordo con IBM, parte del tempo di Blue Gene sarà dedicata anche ad altri progetti di ricerca effettuati dall'EPFL. In uno di questi, i ricercatori dell'IBM Research Lab di Zurigo collaboreranno con gli scienziati degli Institutes of Complex Matter Physics and Nanostructure Physics dell'EPFL per simulare le interfacce a stato solido tra nanostrutture, una componente necessaria per poter costruire semiconduttori e microchip sempre più piccoli. In altre aree dell'EPFL i ricercatori sperimenteranno l'impiego di plasma come possibile metodo per produrre energia, mentre un altro team utilizzerà Blue Gene per studiare i meccanismi di protein folding e il loro ruolo nello sviluppo della sindrome di Creutzfeldt-Jacob (il morbo della mucca pazza) ed altre malattie letali.
EPFL
L'EPFL è uno dei due istituti tecnologici federali svizzeri riconosciuti a livello internazionale, considerato tra le principali università europee con una reputazione di innovazione nella ricerca e nella formazione interdisciplinare. L'EPFL attira docenti, studenti e ricercatori di altissimo livello da tutto il mondo. Per maggiori informazioni sull'EPFL è possibile visitarne il sito Web di EPFL.
IBM eServer Blue Gene
Blue Gene ha preso il via all'interno di IBM come progetto di supercomputing destinato a creare una nuova famiglia di supercomputer ottimizzati in termini di bandwidth, scalabilità e capacità di gestire enormi quantità di dati pur consumando una frazione dell'alimentazione e dello spazio richiesti da alcuni dei maggiori sistemi del genere. I sistemi IBM eServer Blue Gene sono oggi installati in tutto il mondo presso il Lawrence Livermore National Laboratory, il San Diego Supercomputing Center, l'Università di Edimburgo, l'Argonne National Laboratory, l'ASTRON, il NIWS e il National Center for Atmospheric Research per risolvere una serie di sfide nei campi della ricerca genomica, della fluidodinamica e della modellazione meteorologica.
BlueGene/L è anche un componente del programma Advanced Simulation and Computing (ASC) della US National Nuclear Security Administration (NNSA). IBM ha stabilito una partnership con la NNSA nel 2001 per la ricerca e lo sviluppo dell'architettura Blue Gene/L. La NNSA ha installato il sistema Blue Gene/L più potente mai realizzato sinora presso il Lawrence Livermore National.
Il sistema IBM eServer Blue Gene è disponibile da 1 a 64 rack con 1.024 nodi dual-processor per rack. IBM eServer Blue Gene raggiunge prestazioni di picco pari a 5,7 teraflops (trilioni di operazioni in virgola mobile al secondo) per rack. Il sistema IBM eServer Blue Gene raggiunge prestazioni 25 volte superiori a Earth Simulator per KW di energia consumata; è inoltre più compatto dei normali supercomputer richiedendo 1x1x2 metri di spazio per un sistema da un rack.