محاكاة الدماغ

تم رسم خريطة اتصال الدائرة العصبية المسؤولة عن حساسية اللمس في دودة C. elegans الأسطوانية البسيطة عام 1985 ^{[ 10 ]} ، وتمت محاكاتها جزئيًا عام 1993 ^{[ 11 ].} ومنذ عام 2004، طُوّرت العديد من برامج المحاكاة للجهاز العصبي والعضلي بالكامل، بما في ذلك محاكاة البيئة الفيزيائية للدودة. وقد أُتيحت بعض هذه النماذج، بما في ذلك شفرة المصدر ، للتحميل ^{[ 12 ] [ 4 ]} . ومع ذلك، لا يزال هناك نقص في فهم كيفية توليد الخلايا العصبية والروابط بينها لمجموعة السلوكيات المعقدة بشكلٍ مدهش التي تُلاحظ في هذا الكائن الحي البسيط نسبيًا ^{[ 13 ] [ 14 ]} . ويُعد هذا التناقض بين البساطة الظاهرية لكيفية تفاعل الخلايا العصبية المرسومة مع الخلايا المجاورة لها، والتعقيد الفائق لوظيفة الدماغ ككل، مثالًا على خاصية ناشئة . ^{[ 15 ]} هذا النوع من الخصائص الناشئة يُشابه ما يحدث في الشبكات العصبية الاصطناعية ، حيث تكون خلاياها العصبية بسيطة للغاية مقارنةً بمخرجاتها المعقدة والمجردة في كثير من الأحيان. وكما يُقال، فإن المجموعة (في هذه الحالة الدماغ) أقوى من مجموع أجزائها.

خضع دماغ ذبابة الفاكهة، دروسوفيلا ، لدراسة مستفيضة. ويُقدّم نموذج محاكاة لدماغها نموذجًا فريدًا للخلايا العصبية الشقيقة. ^{[ 16 ]} ومثل دودة الأسطوانية، أُتيح هذا النموذج كبرنامج مفتوح المصدر . ^{[ 17 ]}

في عام 2006، أنشأ مشروع الدماغ الأزرق ، بقيادة هنري ماركرام ، أول نموذج لعمود القشرة المخية الحديثة بخلايا عصبية مبسطة. وفي نوفمبر 2007، أنجز المشروع نموذجًا أوليًا لعمود القشرة المخية الحديثة في الفئران. مثّل هذا نهاية المرحلة الأولى، التي وفّرت عملية قائمة على البيانات لإنشاء عمود القشرة المخية الحديثة والتحقق من صحته ودراسته. ^{[ 18 ] [ 19 ]} يُعتبر عمود القشرة المخية الحديثة أصغر وحدة وظيفية في القشرة المخية الحديثة . تُعدّ القشرة المخية الحديثة جزءًا من الدماغ يُعتقد أنه مسؤول عن الوظائف العليا مثل التفكير الواعي، وتحتوي على 10000 خلية عصبية في دماغ الفئران (و10⁸ ^مشبك عصبي ).

في عام 2007، قام فريق بحثي من جامعة نيفادا وشركة IBM Almaden بتشغيل شبكة عصبية اصطناعية ، وُصفت بأنها "بحجم وتعقيد نصف دماغ فأر" ^{[ 20 ]} ، تضم 8 ملايين خلية عصبية و6300 مشبك عصبي لكل خلية . ^{[ 21 ]} استغرقت كل ثانية من وقت المحاكاة عشر ثوانٍ من وقت الحاسوب. وادعى الباحثون رصد نبضات عصبية "متسقة بيولوجيًا" تتدفق عبر القشرة الدماغية الافتراضية . مع ذلك، افتقرت المحاكاة إلى البنى الموجودة في أدمغة الفئران الحقيقية، وهم يعتزمون تحسين دقة نماذج الخلايا العصبية والمشابك العصبية. ^{[ 22 ]} وفي وقت لاحق من العام نفسه، زادت IBM عدد الخلايا العصبية إلى 16 مليونًا و8000 مشبك عصبي لكل خلية، حيث تم نمذجة 5 ثوانٍ منها في 265 ثانية من الوقت الفعلي. ^{[ 23 ]} بحلول عام 2009، تمكن الباحثون من زيادة الأعداد إلى 1.6 مليار خلية عصبية و9 تريليونات مشبك عصبي، مما أدى إلى تشبع كامل سعة ذاكرة الوصول العشوائي للحاسوب العملاق البالغة 144 تيرابايت. ^{[ 24 ]}

في عام ٢٠١٩، ألقى إيدان سيجيف، أحد علماء الأعصاب الحاسوبيين العاملين في مشروع الدماغ الأزرق، محاضرة بعنوان: "الدماغ في الحاسوب: ماذا تعلمت من محاكاة الدماغ؟". وذكر في محاضرته أن القشرة الدماغية الكاملة لدماغ الفأر قد اكتملت، وأن تجارب تخطيط كهربية الدماغ الافتراضية ستبدأ قريبًا. كما أشار إلى أن النموذج أصبح مُرهقًا للغاية لأجهزة الحاسوب العملاقة التي كانوا يستخدمونها آنذاك، وأنهم كانوا بالتالي يبحثون عن طرق لتمثيل كل عصبون كشبكة عصبية (انظر المرجع لمزيد من التفاصيل). ^{[ ٢٥ ]}

في عام 2023، أجرى باحثون من جامعة ديوك مسحًا عالي الدقة بشكل خاص لدماغ فأر. ^{[ 26 ]}

تحتوي أدمغة البشر على 86 مليار خلية عصبية، ^{[ 28 ]} لكل منها ما يقارب 10000 وصلة في المتوسط. وبحسب أحد التقديرات، فإن إعادة بناء كاملة ومفصلة للغاية للشبكة العصبية البشرية تتطلب زيتابايت (10 ^{^21} بايت) من مساحة تخزين البيانات. ^{[ 29 ]}

كان من المقرر أن يبدأ تشغيل حاسوب فائق يتمتع بقدرة حسابية مماثلة للدماغ البشري في أبريل 2024. ^{[ 30 ]} يُطلق عليه اسم "ديب ساوث"، ويمكنه إجراء 228 تريليون عملية تشابكية في الثانية. ^{[ 31 ]}