AWAM Discover – Penelitian terbaru menyatakan bahwa penciptaan simulasi otak virtual telah menjadi sebuah langkah signifikan bagi para ilmuwan saraf, khususnya di Jepang dan di Allen Institute di Seattle. Simulasi korteks tikus ini dilakukan dengan menggunakan salah satu superkomputer tercepat di dunia, dan diharapkan dapat membuka jalur pemahaman baru mengenai mekanisme penyakit seperti Alzheimer dan epilepsi, serta berpotensi menyingkap misteri kesadaran.

Peneliti dari Allen Institute, Anton Arkhipov, menyampaikan bahwa pencapaian ini menunjukkan bahwa kemungkinan untuk membuat model yang lebih besar dengan akurasi tinggi kini bukan lagi sebuah angan. Dalam rilis berita yang disampaikan, Arkhipov menjelaskan bahwa penelitian ini merupakan tonggak teknis yang meningkatkan kepercayaan dalam pengembangan model yang lebih kompleks dan presisi.

Detail Proyek Simulasi Otak

Proyek yang tengah dibahas ini diungkapkan dalam sebuah makalah penelitian yang akan disampaikan di konferensi SC25 di St. Louis, yang berfokus pada komputasi berkinerja tinggi. Simulasi yang kini dimiliki model aktifitas korteks tikus secara keseluruhan, di mana terdapat hampir 10 juta neuron yang terhubung oleh sekitar 26 miliar sinapsis. Untuk merealisasikan simulasi ini, para peneliti mengumpulkan data dari Allen Cell Types Database dan Allen Connectivity Atlas yang kemudian dimasukkan ke dalam Supercomputer Fugaku, yang dikembangkan oleh Fujitsu dan RIKEN Center for Computational Science.

Fugaku memiliki kapasitas untuk melakukan lebih dari 400 kuadriliun operasi per detik, yang menjadikannya sebagai salah satu superkomputer terkuat di dunia. Data besar yang dihasilkan diolah menjadi model 3D melalui Brain Modeling ToolKit dari Allen Institute. Program simulasi yang disebut Neulite kemudian digunakan untuk memvisualisasikan neuron virtual yang saling berinteraksi layaknya sel otak hidup.

Metodologi Penelitian

Peneliti melakukan simulasi dalam berbagai skenario, termasuk yang menggunakan konfigurasi penuh dari Fugaku untuk memodelkan keseluruhan korteks tikus. Arkhipov menjelaskan bahwa dalam simulasi ini, setiap neuron dimodelkan sebagai pohon besar yang terdiri dari banyak kompartemen yang saling berinteraksi. Hal ini memungkinkan peneliti untuk menangkap struktur sub-seluler dan dinamika dalam setiap neuron.

Satu detik aktivitas otak tikus yang dianalisis dalam simulasi hanya memerlukan waktu sekitar 32 detik untuk diperagakan, yang menunjukkan kinerja signifikan mengingat kompleksitas sistem. Arkhipov mencatat bahwa umumnya, simulasi dengan detail tinggi seperti ini sering kali berjalan ribuan kali lebih lambat dari waktu nyata.

Tantangan dan Harapan ke Depan

Meskipun mencapai banyak kemajuan, para peneliti mengakui bahwa akan ada lebih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan agar simulasi ini dapat berfungsi sebagai model yang mampu melacak perkembangan penyakit neurologis. Misalnya, saat ini model tersebut belum mencerminkan plastisitas otak, yaitu kemampuan otak untuk menghubungkan koneksi secara mandiri.

Arkhipov mencatat bahwa untuk meningkatkannya, diperlukan data lebih banyak terkait neuromodulator dan masukan sensorik yang lebih terperinci dalam simulasi korteks keseluruhan. Namun, adanya data yang lebih baik di masa mendatang dapat membantu dalam pengembangan model yang lebih mendetail.

Selain proyek ini, target jangka panjang para peneliti adalah untuk mensimulasikan keseluruhan otak, yang tentunya memiliki jumlah neuron jauh lebih banyak—sekitar 70 juta dalam otak tikus, sedangkan otak manusia dapat memiliki hingga 21 miliar neuron.

Pencapaian Teknologi yang Menjanjikan

Arkhipov menekankan bahwa penciptaan model otak di superkomputer tidak berarti model tersebut sepenuhnya akurat. Keberhasilan teknis dalam mencapai simulasi berskala besar kini menunjukkan bahwa penciptaan model otak yang lebih kompleks mungkin lebih cepat dicapai dari yang diperkirakan sebelumnya. Penelitian ini menunjukkan bahwa simulasi otak monyet, yang memiliki 6 miliar neuron, bisa dilakukan menggunakan sistem Fugaku dalam skala penuh.

Walaupun langkah-langkah ini menunjukkan kemajuan, Arkhipov mengingatkan bahwa realitas biologis dari simulasi masih memerlukan lebih banyak data eksperimen serta pengembangan model, agar dapat menggambarkan kondisi yang lebih akurat.

Kesimpulan dari Perkembangan Berita Ini

Penelitian simulasi otak tikus ini menunjukkan sejumlah kemajuan signifikan dalam pemahaman neurosains dan dapat memberikan wawasan baru ke arah pengobatan penyakit saraf. Meskipun terdapat tantangan untuk menciptakan model yang sepenuhnya akurat, usaha yang dilakukan oleh para ilmuwan di Jepang kaitannya dengan superkomputer Fugaku merupakan langkah penting menuju tujuan besar dalam memahami kompleksitas otak. Perkembangan ini menjadi harapan baru untuk pengobatan kondisi neurologis yang berdampak luas bagi banyak orang.