Международная группа исследователей, в состав которой вошли ученые из японского института RIKEN, работающие в рамках программы HPCI Program for Computational Life Sciences, Технологического института университета Окинавы (Okinawa Institute of Technology Graduate University, OIST) и исследовательского центра Forschungszentrum Julich, Германия, используя вычислительные мощности японского суперкомпьютера K Computer, который в 2011 году занимал первую строчку рейтинга Top-500, произвели вычисления математической модели самой большой на сегодняшний день нейронной сети. Проведение такого масштабного моделирования стало возможным благодаря разработке и внедрению новых структур данных для моделирующего программного обеспечения NEST, которое является общедоступным программным обеспечением и которое может использовать каждый ученый в мире.

Используя программное обеспечение NEST, группа исследователей из Института нейробиологии и медицины центра Julich под руководством Маркуса Дисмана (Markus Diesmann) и Абигейл Моррисон (Abigail Morrison) построила математическую модель сети, состоящую из 1.73 миллиардов нейронов, связанных 10.4 триллионами синапсов.

Для того, чтобы представить масштаб созданной математической модели следует заметить, что каждый синапс занимает объем данных, равный 24 байтам, а общий объем основной памяти суперкомпьютера, которую заняла математическая модель сети, составляет порядка 1 петабайта, что эквивалентно общей памяти 250 тысяч обычных персональных компьютеров. В расчетах математической модели было задействовано 82944 процессора суперкомпьютера K Computer, а моделирование одной секунды нервной деятельности заняло около 40 минут реального времени.

Несмотря на то, что созданная математическая модель столь масштабна, она охватывает всего один процент от нейронных сетей, которые существуют в мозге человека. Следует особо отметить, что созданная математическая модель нейронной сети не имеет к мозгу никакого отношения, все нейроны модели были связаны между собой случайным образом. Но, создавая математическую нейронную сеть, исследователи преследовали совсем иные цели, нежели создание модели участка мозга. Основной задачей, которая была решена успешно, являлось определение границ математических моделей, которыми еще можно оперировать с помощью мощностей существующих суперкомпьютеров. Помимо этого, исследователи получили богатый опыт в области компьютерного моделирования, который будет использован в разработке нового специализированного программного обеспечения моделирования различных нейробиологических процессов.

«Если компьютеры пета-уровня, такие как K Computer, способны к моделированию 1 процента нейронных сетей головного мозга, то компьютеры экза-уровня, которые должны появиться в течение следующего десятилетия, будут способны произвести моделирование всего мозга, со всем огромным количеством нейронной и синапсов, их связывающих» — рассказывает Маркус Дисман, — «Все это дает надежду ученым-нейробиологам на то, что в недалеком будущем у них появится возможность работать с математическими моделями головного мозга человека и других живых организмов, что, в свою очередь, позволит разгадать многие загадки этих самых мощных биологических компьютеров на сегодняшний день».