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블루 브레인 프로젝트

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목차

1. 개요

블루 브레인 프로젝트는 2006년에 시작된 인공 뇌 시뮬레이션 프로젝트이다. 쥐의 신피질 기둥 모델을 시작으로, 뇌의 구조와 기능을 연구하고 시뮬레이션하는 것을 목표로 한다. 2010년대에 들어 쥐 뇌의 일부를 시뮬레이션하고, 뉴런 간의 연결을 분석하는 등 연구를 진행했다. 또한, 뇌 세포 아틀라스 제작, 가상 뇌파 실험 계획, 뇌의 건강 및 질병 상태를 복제하는 알고리즘 개발 등의 성과를 거두었다. Blue Brain Nexus, BluePyOpt, CoreNEURON, NeuroMorphoVis, SONATA 등 뇌 시뮬레이션을 위한 다양한 오픈 소스 소프트웨어를 개발하여 공개했다. 스위스 정부와 유럽 위원회로부터 자금 지원을 받으며, 과도한 목표 설정과 관리 방식에 대한 비판도 존재한다. 관련 프로젝트로 Cajal Blue Brain이 있으며, 프로젝트의 10년간의 여정을 담은 다큐멘터리 영화가 제작되었다.

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블루 브레인 프로젝트
기본 정보
명칭블루 브레인 프로젝트
영어 명칭Blue Brain Project
유형뇌 시뮬레이션 프로젝트
상태진행 중
목표포유류 뇌의 상세한 디지털 재구성 및 시뮬레이션
관리스위스 로잔 연방 공과대학교 (EPFL)
주요 연구자헨리 마크람
자금 지원스위스 정부, 유럽 연합, 개인 기부자
웹사이트공식 웹사이트
역사
시작 연도2005년
첫 번째 시뮬레이션2007년 (쥐의 신피질)
주요 성과뇌 세포 모델 개발
뇌 회로 시뮬레이션 기술 개발
신경과학 연구 플랫폼 구축
기술
핵심 기술신경세포 모델링
병렬 컴퓨팅
데이터 시각화
사용 언어Python
C++
슈퍼컴퓨터IBM Blue Gene
연구 내용
주요 연구 분야뇌 구조 및 기능 연구
뇌 질환 모델링 및 치료법 개발
인공지능 개발
시뮬레이션 대상다양한 뇌 영역 (신피질, 해마 등)
세포 종류다양한 신경세포 및 신경교세포
협력 기관
주요 협력 기관다양한 대학 및 연구 기관
국제 협력인간 뇌 프로젝트 (Human Brain Project)
논란 및 비판
비판프로젝트의 규모 및 목표의 비현실성
논란자금 지원 및 연구 윤리 관련 논란

2. 역사

IBM과 스위스 로잔에 위치한 스위스 연방 공과대학교 로잔(EPFL)의 헨리 마크람(Henry Markram)이 이끄는 Brain and Mind Institute가 2005년 5월 공동 프로젝트로 블루 브레인 프로젝트를 시작했다.[46]

2006년, 단순화된 뉴런을 갖춘 최초의 신피질 기둥 모델이 만들어졌다.[4] 2007년 11월, 쥐 신피질 기둥의 초기 모델이 완성되었는데, 이는 신피질 기둥을 생성, 검증 및 연구하기 위한 데이터 기반 프로세스를 제공했다는 점에서 중요한 단계였다.[5][4][6]

2009년, 헨리 마크람은 10년 안에 상세하고 기능적인 인공 인간 뇌를 만들 수 있다고 주장하며 휴먼 브레인 프로젝트를 구상했다.[9] 블루 브레인 프로젝트는 이 프로젝트의 기반이 되었으며, 2013년 유럽 연합으로부터 최대 13억달러의 자금을 지원받았다.[10]

2015년, 30,000개의 뉴런을 가진 쥐 뇌의 일부가 시뮬레이션되었다.[11] 같은 해, 스위스 연방 공과대학 로잔(EPFL)의 과학자들은 뉴런과 별아교세포 사이의 정량적 모델을 개발하여 뇌의 에너지 관리를 설명하는 신경교혈관 단위(NGV)의 기능을 밝혔다. 이 모델은 블루 브레인 프로젝트 모델에 추가되어 시스템의 기능을 개선하고 있다.[12]

2017년, 블루 브레인 프로젝트는 신경 클릭들이 최대 11차원에서 서로 연결되어 있다는 것을 발견했다. 대수적 위상수학을 사용하여 이러한 네트워크를 모델링함으로써 뇌를 이해하는 데 한 걸음 더 다가갔다.[13]

2018년, 첫 번째 디지털 3D 뇌 세포 아틀라스가 발표되었다.[14] 이는 뇌의 737개 영역에서 주요 세포 유형, 수 및 위치에 대한 정보를 제공하며, ''사이언스데일리''는 이를 "손으로 그린 지도에서 구글 어스로 가는 것"과 같다고 평가했다.[15]

2019년, 가상 뇌파(EEG) 실험이 시작될 예정이었다.[16]

2022년, 대수적 위상수학을 사용한 Topological Neuronal Synthesis 알고리즘이 개발되었다. 이 알고리즘은 몇 가지 예만으로 수백만 개의 고유한 신경 형태를 합성하여 뇌의 건강한 상태와 질병 상태를 모두 복제할 수 있다. 이 알고리즘은 오픈 소스로 제공되어 뇌 질환 모델링과 디지털 트윈 뇌 개발에 기여할 수 있다.[17]

2. 1. 한국과의 협력

블루 브레인 프로젝트는 뇌 연구 분야에서 국제 협력의 중요성을 보여주는 사례이다. 특히 한국의 뇌 연구 기관 및 과학자들과의 협력을 통해 뇌 기능 및 질병 연구에 대한 이해를 높이고, 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

3. 소프트웨어

블루 브레인 프로젝트는 뇌 시뮬레이션을 위한 다양한 오픈 소스 소프트웨어를 개발했으며, 이 소프트웨어들은 GitHub에서 공개되어 누구나 사용할 수 있다.[18][19][20][21][22][23]

프로젝트는 슈퍼컴퓨터 블루진에서 시뮬레이션 소프트웨어를 실행한다. 필 굿맨(Phil Goodman)의 MPI 기반 Neocortical Simulator(NCS)와 마이클 하인스(Michael Hines)의 NEURON 소프트웨어를 조합하여 사용하며, 뉴럴 네트워크 대신 생물학적으로 더 정확한 신경 세포 모델을 사용한다.

주요 소프트웨어는 다음과 같다:


  • Blue Brain Nexus: 지식 그래프 기반 데이터 통합 플랫폼으로, FAIR 데이터 원칙을 따른다.[24][25][26] 신경 과학 연구를 넘어 유연한 데이터 관리 솔루션을 제공한다.
  • BluePyOpt: 단일 뉴런의 전기적 모델 구축 도구로, 진화 알고리즘을 사용하여 매개변수를 실험 데이터에 맞게 조정한다.[27]
  • CoreNEURON: NEURON의 보조 도구로, 대규모 시뮬레이션의 메모리 사용량과 계산 속도를 향상시킨다.[30]
  • NeuroMorphoVis: 뉴런 형태 시각화 도구이다.[31]
  • SONATA: 앨런 뇌 과학 연구소와의 협력으로 개발된 데이터 형식 표준으로, 다중 플랫폼 작업 환경의 효율성을 높인다.[32]

3. 1. Blue Brain Nexus

지식 그래프를 사용하는 데이터 통합 플랫폼으로, FAIR 데이터 원칙을 기반으로 한다.[24][25][26] 사용자가 데이터를 검색, 저장 및 구성할 수 있도록 돕는다. 신경 과학 연구를 넘어 유연한 데이터 관리 솔루션을 제공한다.

3. 2. BluePyOpt

BluePyOpt는 단일 뉴런의 전기적 모델을 구축하는 데 사용되는 도구이다. 이를 위해 진화 알고리즘을 사용하여 매개변수를 실험적 전기 생리학 데이터에 맞게 제한한다.[27] Rosanna Migliore[28]와 Stefano Masori[29]는 BluePyOpt를 사용하여 단일 뉴런을 재구성하려는 시도를 보고했다.

3. 3. CoreNEURON

NEURON의 보조 도구로, 메모리 사용량과 계산 속도를 향상시켜 대규모 시뮬레이션을 가능하게 한다.[30]

3. 4. NeuroMorphoVis

NeuroMorphoVis[31]는 뉴런의 형태를 시각화하는 도구이다.

3. 5. SONATA

블루 브레인 프로젝트와 앨런 뇌 과학 연구소가 공동으로 데이터 형식 표준 개발을 위해 노력한 결과물로, 더 큰 계산 메모리와 효율성을 갖춘 다중 플랫폼 작업 환경을 구현하는 것을 목표로 한다.[32]

4. 자금 지원

이 프로젝트는 주로 스위스 정부와 유럽 위원회의 미래 및 신기술(FET) 플래그십 보조금으로 자금을 지원받고 있으며,[33] 부차적으로 개인의 보조금과 기부금으로 지원받고 있다. 스위스 연방 공과대학교 로잔(EPFL)은 블루진 슈퍼컴퓨터가 여전히 프로토타입이었고 IBM이 이 기계에서 애플리케이션이 어떻게 작동할지 탐구하는 데 관심이 있었기 때문에 할인된 가격으로 구입했다. BBP는 블루진 슈퍼컴퓨터 개념의 검증으로 간주되었다.[34]

5. 비판

2014년 9월부터 프로젝트의 주요 후원자인 헨리 마크람(Henry Markram) 교수의 관리 방식과 프로젝트를 지원한 브뤼셀 당국의 부주의함을 비판하는 목소리가 제기되었다.[37][38] 2013년에는 블루 브레인 프로젝트가 스스로 설정한 과도하게 야심 찬 목표를 달성하지 못했다는 비판도 있었다.[35][36]

6. 관련 프로젝트

블루 브레인 프로젝트와 관련하여 다음과 같은 프로젝트들이 진행되었다.


  • '''Cajal Blue Brain:''' 마드리드 공과대학교의 하비에르 데 펠리페가 주도하고, 마드리드 슈퍼컴퓨팅 및 시각화 센터의 슈퍼컴퓨터 Magerit을 활용하는 프로젝트이다.[39] Cajal Institute도 협력하여 신경학적 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 진행한다.[40]
  • '''다큐멘터리:''' 노아 허튼 감독의 다큐멘터리 영화 ''인 실리코''(In Silico)는 블루 브레인 프로젝트의 10년간의 여정을 담고 있으며, 2021년 4월에 개봉했다.[42]

6. 1. Cajal Blue Brain

Cajal Blue Brain은 Magerit 슈퍼컴퓨터(CeSViMa)를 사용했다


Cajal Blue Brain 프로젝트는 마드리드 공과대학교의 하비에르 데 펠리페가 주도하며, 마드리드 슈퍼컴퓨팅 및 시각화 센터와 그 슈퍼컴퓨터 Magerit의 시설을 이용한다.[39] Cajal Institute 또한 이 협력에 참여한다. 현재 Cajal Blue Brain에서 진행 중인 주요 연구 분야는 신경학적 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 등이 있다.[40] 새롭게 설계된 뇌 현미경 형태의 나노 기술은 이 연구 계획에서 중요한 역할을 한다.[41]

6. 2. 다큐멘터리

노아 허튼이 감독한 다큐멘터리 영화 ''인 실리코''(In Silico)는 블루 브레인 프로젝트의 10년간의 여정을 담고 있으며, 2021년 4월에 개봉했다.[42] 이 영화는 블루 브레인 프로젝트의 "변화하는 목표와 이정표"[43]뿐만 아니라, "결국 이것은 과학에 관한 것이 아니다. 권력, 탐욕, 자만심, 명예라는 보편적인 것에 관한 것이다."[44][45]라는 드라마를 다룬다.

참조

[1] 웹사이트 Mission to build a simulated brain begins https://www.newscien[...] 2005-06-00
[2] 뉴스 Simulated brain closer to thought http://news.bbc.co.u[...] BBC News
[3] 웹사이트 ASC 2012: Prof. Idan Segev - The blue brain https://www.youtube.[...] 2013-05-31
[4] 웹사이트 Timeline and Achievements https://www.epfl.ch/[...] 2024-05-10
[5] 뉴스 Lab comes one step closer to building artificial human brain https://www.theguard[...] 2024-05-10
[6] 웹사이트 News and Media information http://bluebrain.epf[...] 2008-08-11
[7] 간행물 The cortical column: a structure without a function 2005-04-00
[8] 간행물 Confusing cortical columns 2008-08-00
[9] 뉴스 Artificial brain '10 years away' http://news.bbc.co.u[...] 2024-05-10
[10] 뉴스 Bringing a Virtual Brain to Life https://www.nytimes.[...] 2024-05-10
[11] 뉴스 Complex living brain simulation replicates sensory rat behaviour https://www.theguard[...] 2024-05-10
[12] 간행물 Multi-timescale modeling of activity-dependent metabolic coupling in the neuron-glia-vasculature ensemble 2015-02-00
[13] 웹사이트 Blue Brain Team Discovers a Multi-Dimensional Universe in Brain Networks https://blog.frontie[...] 2017-06-12
[14] 웹사이트 Blue Brain Cell Atlas https://bbp.epfl.ch/[...] 2024-05-10
[15] 뉴스 Blue Brain Project releases first-ever digital 3D brain cell atlas https://www.scienced[...] 2019-04-18
[16] 웹사이트 Brain in the computer: What did I learn from simulating the brain - Idan Segev https://www.youtube.[...]
[17] 뉴스 Blue Brain builds neurons with mathematics https://news.epfl.ch[...] EPFL news 2022-06-04
[18] 간행물 BlueBrain/nexus https://github.com/B[...] The Blue Brain Project 2021-06-04
[19] 간행물 BlueBrain/BluePyOpt https://github.com/B[...] The Blue Brain Project 2020-12-16
[20] 간행물 BlueBrain/CoreNeuron https://github.com/B[...] The Blue Brain Project 2020-12-16
[21] 간행물 BlueBrain/NeuroMorphoVis https://github.com/B[...] The Blue Brain Project 2020-12-16
[22] 간행물 BlueBrain/sonata https://github.com/B[...] The Blue Brain Project 2020-12-24
[23] 간행물 AllenInstitute/sonata https://github.com/A[...] Allen Institute 2020-12-24
[24] 웹사이트 Building the Blue Brain Nexus https://www.technolo[...] 2021-06-04
[25] 웹사이트 The Nexus Ecosystem: Better (Research) Data Management https://bluebrainnex[...] 2021-06-04
[26] 간행물 Blue Brain Nexus: An open, secure, scalable system for knowledge graph management and data-driven science 2022-08-00
[27] 간행물 BluePyOpt: Leveraging Open Source Software and Cloud Infrastructure to Optimise Model Parameters in Neuroscience 2016-00-00
[28] 간행물 The physiological variability of channel density in hippocampal CA1 pyramidal cells and interneurons explored using a unified data-driven modeling workflow 2018-09-00
[29] 간행물 Single Neuron Optimization as a Basis for Accurate Biophysical Modeling: The Case of Cerebellar Granule Cells 2017-00-00
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[35] 웹사이트 The Human Brain Project Hasn't Lived Up to Its Promise https://www.theatlan[...] 2019-07-22
[36] 웹사이트 Charting new worlds or running aground? https://www.horizons[...] 2022-09-01
[37] 웹사이트 The Empty Brain https://aeon.co/essa[...] 2018-01-08
[38] 간행물 Why the Human Brain Project Went Wrong—and How to Fix It https://www.scientif[...] 2015-10
[39] 웹사이트 Cajal Blue Brain Project http://cajalbbp.cesv[...] 2011-01-07
[40] 웹사이트 Cajal Blue Brain Project https://cajalbbp.es/ 2023-02-07
[41] 웹사이트 Nanotechnology Microscope for Brain Studies http://www.azonano.c[...] 2009-05-21
[42] 웹사이트 Allowing Room for Shifts to Happen: Noah Hutton on the Decade-Long Making of His Brain Science Doc In Silico https://filmmakermag[...] 2021-06-21
[43] 웹사이트 In Silico https://www.austinch[...] 2021-04-30
[44] 웹사이트 "In Silico" – the future is now, or is it? https://easyreaderne[...] 2020-11-11
[45] 간행물 Documentary follows implosion of billion-euro brain project https://www.nature.c[...] 2020-12-07
[46] 뉴스 Mission to build a simulated brain begins http://www.newscient[...] École Polytechnique Fédérale de Lausanne 2005-06


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