- La supercomputadora Fugaku ha permitido una simulación de corteza de ratón con 10 millones de neuronas y 26.000 millones de sinapsis.
- El modelo, construido con datos del Instituto Allen y herramientas como Brain Modeling Toolkit y Neulite, replica estructura y función.
- Sirve para ensayar hipótesis y terapias sobre Alzheimer, epilepsia y otros trastornos en un entorno seguro.
- El avance se presentará en SC25 y abre la puerta a modelos completos del cerebro del ratón y, en el futuro, humanos.
Hasta ahora, buena parte de los grandes saltos en neurociencia dependían de estudiar cerebros reales y asumir muchas limitaciones. Con un cerebro virtual, en cambio, los equipos pueden realizar miles de pruebas sin riesgo, aclarando hipótesis complejas con un nivel de detalle imposible de conseguir en el laboratorio convencional.
Un consorcio internacional liderado por Tadashi Yamazaki (Universidad de Electrocomunicaciones de Japón) y el Instituto Allen ha dado un paso inédito: ha recreado digitalmente la corteza cerebral completa de un ratón con parámetros biofísicos realistas. La simulación se presentará en SC25, la gran cita global de la supercomputación que se celebra en noviembre en Estados Unidos.
Qué se ha logrado exactamente
El nuevo cerebro virtual incorpora casi 10 millones de neuronas, unas 26.000 millones de sinapsis y un mapa de 86 regiones interconectadas. No es una animación, sino un modelo que reproduce estructura y función: morfologías neuronaless ramificadas, flujos iónicos y variaciones de voltaje de membrana.
Para sostener semejante complejidad se recurrió a Fugaku, desarrollado por RIKEN y Fujitsu. Esta supercomputadora supera los 400 cuatrillones de operaciones por segundo y reúne 158.976 nodos, una arquitectura masiva de CPU, GPU y APU capaz de ejecutar simulaciones que, a escala humana, nos llevarían más de 12.700 millones de años de cálculo uno a uno.
Los responsables subrayan que observar la actividad del modelo es como mirar biología en tiempo real: se ve cómo se activan sinapsis, cómo viajan las señales por las membranas y cómo surge la actividad espontánea de reposo que caracteriza al córtex.
Según Anton Arkhipov (Instituto Allen), el resultado demuestra que, con la potencia adecuada, es viable ejecutar simulaciones cerebrales a gran escala con precisión. Es un hito técnico que anima a pensar en modelos más ambiciosos y detallados.
Cómo se ha construido el modelo
El equipo integró una década de datos abiertos del Instituto Allen —Allen Cell Types Database y Mouse Connectivity Atlas— y los convirtió en ecuaciones con Brain Modeling Toolkit. Después, el simulador neuronal Neulite transformó esas ecuaciones en neuronas digitales que se disparan y se comunican como sus homólogas biológicas.
Este flujo de trabajo une dos mundos: el de la biología experimental, que aporta propiedades celulares y conectividad fidedignas, y el de la computación de alto rendimiento, incluido el uso de GPUs en HPC, que hace posible ejecutar el conjunto con resolución subcelular.
Fugaku no es un recién llegado: ya se ha usado para estudiar la propagación del Covid‑19, dinámica molecular aplicada a fármacos y fenómenos climáticos extremos. Ese bagaje ha sido clave para afinar las simulaciones neuronales a esta escala.
Conviene dimensionar el reto: un ratón tiene alrededor de 71 millones de neuronas en el cerebro; la recreación actual incluye 10 millones centrados en la corteza. En humanos, hablamos de unos 86.000 millones de neuronas (con ~16.000 millones solo en la corteza), una complejidad que hoy todavía exige más potencia y eficiencia de cómputo.
Para qué servirá el cerebro virtual
Con este modelo, los investigadores pueden plantear y probar hipótesis que antes requerían tejido vivo y largos protocolos. Es posible estudiar cómo las ondas cerebrales modulan la atención, o seguir paso a paso cómo se origina y se propaga una convulsión.
En enfermedades como el Alzheimer, que suele iniciarse en la corteza entorrinal y el hipocampo para extenderse después a regiones frontales, parietales y occipitales, la simulación permite reproducir ese patrón y explorar intervenciones antes de que afloren los síntomas clínicos.
El entorno digital es ideal para ensayar nuevas terapias con seguridad, ajustar parámetros de estimulación o fármacos virtuales y detectar señales tempranas de deterioro que pasarían desapercibidas en experimentos convencionales.
Más allá de la patología, el modelo ofrece un laboratorio para comprender cognición y conciencia con un nivel de granularidad que facilita relacionar microcircuitos y funciones superiores.
Europa y España en la carrera del cerebro virtual
La supercomputación es el cimiento de este tipo de proyectos. En España y Europa, infraestructuras como MareNostrum 5 (Barcelona) o centros como Caléndula (León) y la iniciativa cuántica de San Sebastián anticipan un ecosistema capaz de impulsar modelos de cerebro virtual cada vez más completos desde el continente.
Contar con estos recursos cerca de los grupos de neurociencia europeos permitirá acortar plazos entre la generación de datos, su integración en plataformas de modelado y la ejecución de simulaciones realistas a gran escala.
Qué falta para alcanzar el cerebro humano
Aunque el avance marca un antes y un después, aún hay camino por recorrer: simular un cerebro completo exige más capacidad de cálculo, algoritmos más eficientes y datos biológicos aún más detallados para cada tipo celular y conexión.
El equipo ya trabaja en ampliar el alcance hacia un modelo de cerebro completo del ratón. A largo plazo, la meta de un modelo humano biofísicamente preciso deja de sonar a ciencia ficción y pasa a plantearse como objetivo alcanzable con la próxima generación de supercomputadores.
Esta iniciativa demuestra que la combinación de datos neurobiológicos exhaustivos, herramientas de modelado maduras y supercomputación de primer nivel permite construir cerebros virtuales útiles para la investigación, el diseño de terapias y la comprensión de la mente.
