Суперкомпьютер Cray XC40 построит карту нейронов

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории используют суперкомпьютер Cray XC40, чтобы построить схему взаимодействия нейронов в мозге — так называемый коннектом. В XX веке ученые составили коннектом червя-нематоды — на это ушло 12 лет. Нынешние технологии позволяют систематизировать большие объемы информации гораздо быстрее.

/ Flickr / Ivan / CC

Команде ученых потребовался суперкомпьютер, чтобы обработать данные, полученные в результате исследования с помощью рентгеновского излучения и электронных микроскопов. Предмет изучения — мозг землеройки. Ученые планируют сгенерировать около эксабайта данных.

После землеройки на очереди окажется мозг мыши, который в десять раз больше (75 миллионов нейронов). В конечном счете ученые хотят исследовать человеческий мозг, который содержит 100 миллиардов нейронов, соединенных 100 триллионами связей.

Процесс составления коннектома начинается с анализа мозга на субмикронном уровне — для этого его изучают с помощью рентгеновской микротомографии на источнике синхротронного излучения высокой яркости Advanced Photon Source (APS). В результате ученые получат снимки тончайших «слоев» материала, на которых видны кровеносные сосуды и клеточные тела. Сканирование всего мозга в Аргоннской лаборатории занимает примерно час.

Чтобы затем «разглядеть» более мелкие детали, применяют электронный микроскоп — за счет коротковолновых лучей он позволяет увеличить масштаб до нанометрового. Так удается запечатлеть синаптические связи между отдельными нейронами мозга. Далее, ученые используют специальный набор вычислительных инструментов, который превратит собранные данные в нейронную карту. Например, машинное обучение поможет сформировать предиктивные модели и идентифицировать «точки интереса».

Суперкомпьютер Cray XC40, который будет для этого использован, обладает теоретической пиковой производительностью в 9 тыс. терафлопс — ее обеспечивают 200 тыс. ядер Intel Xeon Phi 7230 64C с частотой 1,3 ГГц. На данный момент, это 16-й по мощности компьютер в мире.

«Благодаря возможностям аргоннского суперкомпьютера, мы сможем получить по-настоящему революционные изображения, раскрывающие детали функционирования мозга, которые раньше наблюдать не могли», — говорит Камель Феззаа (Kamel Fezzaa), участник проекта.

Развивая и эффективно применяя методы быстрого анализа: сбор данных, аналитику и использованием графов и машинное обучение, ученые намереваются продвигать инициативу по использованию суперкомпьютеров в своих исследованиях. Суперкомпьютер Cray уже применяется в инициативе Human Brain Project (HBP) — десятилетнем проекте по изучению человеческого мозга, основанном в 2013 году.

Исследования человеческого мозга способны обеспечить понимание того, как даже небольшие изменения могут вызвать возникновение и развитие неврологических заболеваний — болезни Альцгеймера или аутизма. В будущем это поможет определить, как эффективно лечить эти болезни.

Об Аргоннской национальной лаборатории

Аргоннская национальная лаборатория — национальный исследовательский центр Министерства энергетики США. Основана в 1946 году. Занимается проведением фундаментальных исследований в области физики, биологии и исследования окружающей среды.

P.S. Пара материалов о высокой производительности из нашего блога на Хабре:

• IBM открыла доступ к новому 16-кубитному квантовому процессору
• Первый суперкомпьютер DGX-1 на базе Tesla V100 применят в медицине

P.P.S. Еще несколько материалов из «Первого блога о корпоративном IaaS»:

• VMware NSX: новый подход к обеспечению безопасности в области здравоохранения
• Поведенческий анализ животных: как облако IaaS помогает предсказывать землетрясения
• Облачные технологии в фотограмметрии и сельском хозяйстве