规模最大动物大脑模拟系统构建

来源：科技日报

科技日报讯 （记者张梦然）据美国科学促进会优睿科网站最新消息，美国科学家借助全球顶尖超级计算机的强大算力，构建了迄今为止规模最大、细节最丰富的动物大脑模拟系统。这一虚拟模型完整复现了小鼠大脑皮层的结构与功能，包含近1000万个神经元、260亿个突触，以及86个相互连接的脑区，成为研究大脑运作机制的全新平台。这也意味着科学家正站在一个全新的起点上——从理解大脑，正逐渐演变为构建大脑。

这项突破性成果是依托于日本超级计算机“富岳”实现的。“富岳”每秒可执行千万亿次量级运算，具备处理海量数据和复杂模拟任务的能力。

此次项目由美国艾伦脑科学研究所与日本电气通信大学领衔，并联合三家日本机构共同完成。研究团队利用艾伦脑科学研究所提供的“艾伦细胞类型数据库”和“艾伦连接图谱”中的真实神经生物学数据，为虚拟大脑提供了精确的生物物理基础和结构蓝图。再通过艾伦研究所自主研发的大脑建模工具包，将这些数据转化为一个动态运行的数字皮层模型。

在模拟过程中，专用神经元模拟器“Neulite”将数学方程转化为具有真实生物行为的神经元。这些虚拟神经元能够像活体细胞一样产生电脉冲、传递信号并形成动态网络。整个模拟过程高度逼真，不仅再现了神经元的树突分支结构，还完整呈现了突触间的信号传递过程，以及细胞膜电位的波动变化，仿佛在实时观察真实的脑组织活动。

科学家现在可以利用这一模型，以前所未有的方式探索大脑机制。他们能在虚拟环境中模拟阿尔茨海默病、癫痫等神经系统疾病，追踪病变如何在神经网络中扩散，也可以研究脑电波的形成机制、注意力的神经基础或癫痫发作的传播路径。过去，这些问题只能通过一次一项的动物实验来验证，耗时且难以重复。如今，科学家可以快速提出假设，并在数字大脑中反复测试，极大提升了研究效率。

该成果为理解认知与意识的神经基础提供了新工具，有望揭示脑部疾病在症状出现前的早期变化，评估潜在疗法，加速新药研发进程。

团队表示，尽管这是一项重大进展，但仍只是迈向全脑模拟的第一步。真正的挑战在于细节，只有充分还原生物物理层面的复杂性，模型才更具有科学价值。团队的长远目标是迈向人类大脑的数字化重建。