Investigación del cerebro artificial – Iniciativas y proyectos populares

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El desarrollo de la IA está estrechamente relacionado con nuestra búsqueda de comprender el cerebro humano. El objetivo a largo plazo es emular el cerebro imitando la dinámica causal de sus funciones internas que pueden proporcionar conocimientos fundamentales sobre lo que significa ser humano, desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades cerebrales y construir Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) revolucionarias.

Gracias a la convergencia entre biología y TIC. Este objetivo está hoy a nuestro alcance con el desarrollo de nuevas tecnologías de secuenciación e imagen y nuevas técnicas de microscopía, que revolucionan nuestra capacidad de observar el cerebro. Además, la tecnología Cloud, combinada con Internet, nos permite federar datos de grupos de investigación y clínicas de todo el mundo.

A diferencia de antes, la neuroinformática nos brinda nuevos medios para construir, compartir y analizar atlas cerebrales detallados para identificar los eslabones faltantes en nuestro conocimiento y predecir el valor de los parámetros donde aún faltan datos experimentales. Las supercomputadoras, por otro lado, hacen posible construir y simular modelos cerebrales con niveles de detalle biológico sin precedentes.

Estas tecnologías aceleran enormemente la investigación del cerebro, abriendo caminos a nuevos tratamientos que pueden prevenir o curar enfermedades cerebrales y a nuevas tecnologías informáticas con el potencial de revolucionar nuestra salud, sociedad y economía.

Sin embargo, el principal obstáculo que dificulta la comprensión del cerebro es la fragmentación de la investigación del cerebro y los datos que produce. Por lo tanto, la necesidad más urgente es un esfuerzo internacional concertado para integrar estos datos en una imagen unificada y completa del cerebro como un único sistema de varios niveles.

Para alcanzar este objetivo, muchas instalaciones europeas e internacionales y proyectos de investigación a gran escala, como el ‘Human Brain Project’ (HBP), buque insignia de la investigación europea, están contribuyendo actualmente a construir modelos de cerebro artificial o sistemas informáticos de baja energía, con cerebros similares a inteligencia, utilizando circuitos de hardware neuromórficos que permiten simulaciones en tiempo real casi a gran escala de redes neuronales. Esta publicación analizará algunas de esas iniciativas y proyectos internacionales líderes en todo el mundo.

1. Neurociencia

El Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle, Washington, es un líder en la investigación del cerebro a gran escala que apoya el intercambio abierto y público de datos, herramientas y conocimientos para científicos de todo el mundo. Se lanzó como un proyecto de diez años en 2012 para comprender el código neuronal y preguntas como cómo la actividad cerebral conduce a la percepción, la toma de decisiones y, en última instancia, a la acción. El Instituto Allen ha creado un conjunto de programas a gran escala para comprender los fundamentos del cerebro a través de sus componentes, cálculos y cognición. Está coordinando una serie de importantes iniciativas para crear atlas interactivos del ratón y el cerebro humano.

GeneNetwork es una base de datos combinada y un recurso de software de análisis de datos bioinformáticos de código abierto para la genética de sistemas. Este proyecto de genética a gran escala financiado por los NIH ha producido conjuntos de datos masivos de genoma a fenoma y herramientas de análisis hasta el momento. El sistema es utilizado por una gran comunidad internacional en Holanda, Alemania y Suiza. Ya se está asociando con varios esfuerzos de la UE (COST SysGeNet) y un equipo en la EPFL.

Este proyecto de genética a gran escala, financiado por los NIH, ha producido herramientas de análisis y conjuntos de datos masivos de genoma a fenoma. El sistema, utilizado por una gran comunidad internacional con nodos en Holanda, Alemania y Suiza, ya se está asociando con varios otros equipos e iniciativas de investigación.

Mouse Brain Library (MBL) es un proyecto de los NIH que ha reunido datos neurohistológicos de alta resolución de más de 200 genotipos de ratón, usándolos para estudiar la base genética de la estructura cerebral individual y las diferencias funcionales. Básicamente, la MBL es una base de datos de imágenes cerebrales, que consta de escasas secciones coronales u horizontales. Su misión es mapear y caracterizar sistemáticamente los genes que modulan la arquitectura del SNC de los mamíferos.

El Proyecto Human Connectome (HCP) es una compilación masiva e incomparable de datos neuronales que mapean el conectoma humano. El proyecto construye un mapa de todas las conexiones neuronales estructurales y funcionales dentro y entre los individuos. El HCP es el primer intento a gran escala de recopilar y compartir datos suficientes para abordar en profundidad las cuestiones fundamentales sobre la variación y la anatomía conexional humana.

La Iniciativa BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) es una iniciativa estadounidense que tiene como objetivo desarrollar tecnologías para comprender la función cerebral. Es una iniciativa de investigación colaborativa público-privada anunciada en 2013 con la intención de apoyar el desarrollo de tecnologías innovadoras que pueden crear una comprensión dinámica de la función cerebral. Inspirado en el Proyecto Genoma Humano, BRAIN tiene como objetivo ayudar a los investigadores a descubrir los misterios de los trastornos, como el Alzheimer, la depresión, las enfermedades de Parkinson y las lesiones cerebrales traumáticas (TBI).

El Proyecto Cerebro Humano (HBP) es un proyecto de investigación científica de diez años basado en supercomputadoras a exaescala. Su objetivo es construir una infraestructura de investigación colaborativa basada en las TIC para permitir a los investigadores de toda Europa avanzar en el conocimiento de la neurociencia, la informática y la medicina relacionada con el cerebro. Iniciado en 2013, el proyecto es un buque insignia de tecnologías futuras y emergentes de la Comisión Europea. Emplea directamente a 500 científicos en más de 100 universidades, hospitales universitarios y centros de investigación en toda Europa.

2. Simulación de cerebro

El Proyecto Blue Brain de la EPFL es una iniciativa suiza de investigación del cerebro dirigida por el fundador y director, el profesor Henry Markram. Construye reconstrucciones y simulaciones digitales biológicamente detalladas del cerebro del ratón. El objetivo es establecer la neurociencia de la simulación como un enfoque complementario junto con la neurociencia experimental, teórica y clínica para comprender el cerebro mediante la construcción de las primeras reconstrucciones y simulaciones digitales biológicamente detalladas del cerebro del ratón.

3. Computación neuromórfica

El Laboratorio ASIC de Microelectrónica de Heidelberg es operado conjuntamente por dos institutos universitarios y el Instituto Max-Planck de Física Nuclear (MPI-K). Ofrece instalaciones para el manejo y montaje de chips, equipos de prueba avanzados para mediciones de alta velocidad y bajo nivel de ruido, así como un conjunto completo de diseño, simulación y verificación para el diseño de chips.

4. Computación de alto rendimiento

Forschungszentrum Jülich (FZJ), miembro de Helmholtz, es uno de los centros de investigación interdisciplinarios más grandes de Europa. Centrándose en la informática de alto rendimiento, FZI coordina PRACE, una importante iniciativa para coordinar la informática europea a exaescala. FZJ, uno de los centros de investigación del cerebro más grandes de Europa, aborda la transformación digital, particularmente cuando la IA se superpone con la computación innovadora de alto rendimiento (HPC) y la neurociencia. El FZJ adopta un enfoque interdisciplinario basado en preguntas de investigación específicas del dominio que se entrelazan con la IA aplicada.

El Centro Nacional Suizo de Supercomputación (CSCS) es el centro nacional de computación de alto rendimiento de Suiza. Como Laboratorio Nacional de Usuarios, está abierto a todos los investigadores suizos y sus asistentes, quienes pueden obtener acceso gratuito a las supercomputadoras de CSCS en un proceso de evaluación científica competitiva. El Barcelona Supercomputing Center es otro gran centro de supercomputación dedicado a las simulaciones a nivel molecular. CINECA es el centro nacional de supercomputación italiano y proporciona alojamiento de nivel 0 para PRACE. Ofreció albergar la instalación de supercomputación HBP para análisis de datos masivos. Esta categoría también cuenta con IBM Blue Gene, una serie de supercomputadoras que pretendían alcanzar el rendimiento de un petaflop.

5. Neuromórfico

El Departamento de Automática de la UPM cuenta con una variedad de robots industriales, sistemas de teleoperación, sistemas móviles y unas instalaciones y conocimientos completos para la investigación en robótica.

El eventLab de la UB está equipado con un CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), un entorno de realidad virtual multipersonal de alta resolución. También están disponibles sistemas de captura de movimiento de cuerpo completo, dispositivos de detección fisiológica y sistemas de registro de EEG.

El grupo de Robótica y Sistemas Embebidos del Departamento de Informática de TUM es uno de los departamentos de robótica más grandes y mejor equipados de Alemania. El departamento se especializa en el desarrollo de sistemas con capacidades innovadoras para la percepción, la cognición, la acción y el control.

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