9 hours ago
9
Simulasi otak merinci setiap neuron secara detail. (Barry Israelwitz dkk., 2025)Memahami cara kerja otak memang sulit, karena otak yang hidup tidak mudah diprovokasi dan dianalisis. Para ilmuwan kini memiliki simulasi baru otak tikus sebagai acuan – salah satu simulasi terlengkap yang pernah dibuat.
Penciptaan ini dipimpin oleh tim dari Allen Institute di AS dan University of Electro-Communications di Jepang, dan simulasi ini memungkinkan penyakit seperti Alzheimer untuk dimodelkan dan dipelajari secara lebih detail.
Simulasi ini memodelkan seluruh korteks tikus. Meskipun tidak sebesar atau serumit otak manusia, yang mengandung miliaran neuron, terdapat kesamaan antara otak manusia dan hewan pengerat – sehingga ini bisa menjadi alat studi yang bermanfaat.
Angka-angkanya mengesankan: otak virtual ini mengandung 9 juta neuron, serta 26 miliar sinapsis (penghubung neuron).
Terdapat 86 wilayah yang saling terhubung dalam simulasi otak, dan dapat memproses kuadriliun kalkulasi setiap detik.
Sebagai perbandingan, otak tikus yang sesungguhnya dan utuh mengandung sekitar 70 juta neuron dalam ruang seukuran kacang almond.
"Ini menunjukkan kemungkinannya terbuka," kata ahli saraf komputasional Anton Arkhipov dari Allen Institute. "Kita dapat menjalankan simulasi otak semacam ini secara efektif dengan daya komputasi yang memadai."
"Ini merupakan tonggak teknis yang memberi kami keyakinan bahwa model yang jauh lebih besar tidak hanya memungkinkan, tetapi juga dapat dicapai dengan presisi dan skala."
Kompleksitas simulasi ini memungkinkan para peneliti mengamati bagaimana model kognisi, kesadaran, dan penyakit menyebar melalui otak. Ini adalah peta bergerak tiga dimensi yang menunjukkan neuron-neuron individual yang aktif dan terhubung.
Beberapa cara yang dapat digunakan, menurut para peneliti, adalah untuk menguji hipotesis tentang bagaimana kejang menyebar di otak, atau bagaimana gelombang otak berkontribusi pada fokus – tanpa perlu pemindaian otak fisik yang berulang dan invasif.
Daya komputasi yang diperlukan disediakan oleh superkomputer Fugaku di Jepang, yang dibangun di atas basis data dan bagan sel yang ada untuk membentuk model tersebut.
Tim ini juga mengembangkan perangkat lunak baru untuk memproses aktivitas otak secara lebih efisien dan meminimalkan perhitungan yang tidak perlu.
"Fugaku digunakan untuk penelitian di berbagai bidang ilmu komputasi, seperti astronomi, meteorologi, dan penemuan obat, yang berkontribusi pada penyelesaian berbagai masalah sosial," kata ilmuwan komputer Tadashi Yamazaki dari Universitas Elektro-Komunikasi.
"Pada kesempatan ini, kami menggunakan Fugaku untuk simulasi sirkuit saraf."
Otak kita, tentu saja, penting untuk kesehatan fisik dan mental yang baik, serta usia tua yang sehat.
Studi tentang peta otak virtual dan struktur otak mini akan sangat penting dalam mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja organ ini, dan bagaimana ia dapat rusak.
Tim ini telah sibuk menerapkan model baru mereka, menemukan sinkronisasi gelombang otak dan cara kedua belahan otak tikus berinteraksi satu sama lain.
Ini merupakan prestasi komputasi dan pemodelan biologis yang sangat mengesankan, tetapi para peneliti memiliki rencana yang lebih besar lagi, dan suatu hari nanti ingin membangun model otak manusia berukuran penuh di dalam ruang komputasi virtual.
"Tujuan jangka panjang kami adalah membangun model otak utuh, bahkan model manusia, menggunakan semua detail biologis yang diungkap Institut kami," kata Arkhipov.
"Kami sekarang beralih dari pemodelan area otak tunggal ke simulasi seluruh otak tikus."
Penelitian ini telah dipresentasikan di konferensi superkomputer SC25, dan tersedia daring.
