Bạn có thể chuyển sang phiên bản mobile rút gọn của Zing News nếu mạng chậm. Đóng

Zing.vn Tri thức trực tuyến

Vì sao phải cần siêu máy tính để lập bản đồ não một con chuột?

Cấu trúc suy nghĩ trong não một con chuột phức tạp hơn bạn tưởng tượng rất nhiều lần.

Bên trong căn phòng rộng khoảng 2.322 m vuông thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, một trong những siêu máy tính đáng gờm nhất trên thế giới - Theta - đang áp dụng sức mạnh tính toán đáng kinh ngạc của mình vào lô dữ liệu lớn nhất từng được ghi lại để phân tích.

Các nhà nghiên cứu hy vọng một ngày nào đó Theta có thể đóng góp dữ liệu cho sự hiểu biết về chính trí thông minh con người. Nhưng trong lúc này đây, Theta đang phải dồn lực để giải quyết những dữ liệu trích xuất trong hộp sọ một con chuột.

Cắt não - công việc tẻ nhạt và đầy khó khăn

Lập bản đồ cấu trúc bộ não chuột, Theta sử dụng bộ dữ liệu được thu thập từng phần bởi Narayanan “Bobby” Kasthuri, nhà nghiên cứu khoa học thần kinh tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, trợ lý giáo sư về sinh học thần kinh tại Đại học Chicago. Kết quả cuối cùng sẽ cho ra một triệu terabyte thông tin thô.

Phòng thí nghiệm của Kasthuri dùng Theta để tạo ra các đồ thị trông như những khuôn màu kính vạn hoa, với hàng vạn chi tiết chồng lấn lên nhau. Cái mà những biểu đồ này thể hiện chỉ đơn giản là lát cắt mỏng của não chuột, với các vùng thể hiện bằng màu sắc chi tiết tới mức độ phân tử.

Vi sao phai can sieu may tinh de lap ban do nao mot con chuot? hinh anh 1
Các mảng màu biểu hiện cho nơ-ron và khớp thần kinh chuột. Từ đây, các nhà nghiên cứu có thể biết được đường đi của tín hiệu thần kinh ở mức độ nano. Ảnh: The Verge.

Các nhà nghiên cứu cho rằng mô phỏng một kết nối thần kinh hoàn chỉnh có thể giúp giải mã những bí ẩn về nhận thức cũng như rối loạn sức khỏe tâm thần. Điều này giúp chúng ta hiểu sâu hơn về sự khác biệt lẫn tương đồng giữa bộ não của các sinh vật khác nhau. Ở cấp độ cơ sở, nó giúp cung cấp kiến thức về các thành phần não bộ.

Hiện Kasthuri đang quan tâm đến việc tạo dựng và so sánh các kết nối từ những bộ não động vật khác nhau. Phòng thí nghiệm đang làm việc với phần não liên quan đến chứng nghiện ở chuột. Họ sẽ so sánh bộ não của chuột bình thường và chuột bị nghiện cocaine để tìm ra các nơ-ron chịu trách nhiệm cho tình trạng này.

Nghiên cứu cấu trúc não chuột là một quá trình hết sức tinh tế, dễ dẫn đến sai sót. Bộ não của chuột thí nghiệm được tách ra nhanh hết mức có thể và bảo quản cố định trong dung dịch aldehyde. Một phần não được nhúng trong dung dịch kim loại nặng để kính hiển vi điện tử (SEM) quét tại Argonne.

Sau khi được khử nước và làm dẻo, mẫu được cắt bằng một con dao kim cương có lưỡi được mài bén tới mức nguyên tử. Sở dĩ cần đến lưỡi dao siêu mỏng như vậy vì các tế bào mất mát trong quá trình cắt có thể dẫn đến sai sót, sau đó bị phóng đại khi siêu máy tính xử lý thông tin thu được.

Khi phân tích dữ liệu, Animashree Anandkumar, giáo sư khoa học máy tính và toán học tại Caltech cho rằng những biến dạng có thể dẫn đến các liên kết giả.

Vi sao phai can sieu may tinh de lap ban do nao mot con chuot? hinh anh 2

Các thành viên của phòng thí nghiệm (từ trái sang phải): Anastassia Sorkina, Katrina Norwood và Rafael Vescovi. Ảnh: Theverge.

Các tế bào thần kinh riêng lẻ, khớp thần kinh và những cấu trúc khác được nhận dạng bằng hình dạng, theo dõi, sau đó được tô màu giống như Photoshop. Công việc tẻ nhạt nhưng quan trọng được thực hiện bởi các sinh viên như Anastasia Sorokina và Katrina Norwood, nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của Kasthuri.

Đáng nói là việc tô màu này sẽ mất khoảng 500-1.000 năm hoàn thành bằng sức người, đó là giả sử 9 tỷ người trên Trái Đất cùng làm 8 tiếng một ngày, 6 ngày một tuần.

Trí tuệ nhân tạo vào cuộc

Máy tính chính là giải pháp cho vấn đề trên, cụ thể là với trí tuệ nhân tạo (AI) dùng để nhận diện vật thể trong ảnh. Các thuật toán được phát triển bởi Google AI và Viện sinh học thần kinh Max Planck ở Đức.

“Phải xử lý hàng trăm nghìn tỷ pixel trong các tấm ảnh đó, không cách nào sức người làm nổi”, Viren Jain, người phát triển Google AI cho biết. Theo Jain, với kiến trúc thuật toán lấp đầy, máy tính sẽ tiếp cận dữ liệu theo như cách người ta tô màu hình ảnh. Nó sẽ bắt đầu với một tế bào thần kinh cụ thể, tô màu nó rồi chuyển sang tế bào tiếp theo.

Và Theta làm việc này khá nhanh. Haritha Siddabathuni Som, trưởng nhóm Cơ sở tính toán của Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne cho biết Theta là siêu máy tính mạnh nhất của họ, chiếm 24 giá đỡ máy chủ. Khi không lập bản đồ não chuột, nó hoạt động trên các bộ dữ liệu khổng lồ khác như xử lý dữ liệu từ Máy gia tốc hạt Cern, tìm hiểu những bí ẩn của vật lý hạt.

Vi sao phai can sieu may tinh de lap ban do nao mot con chuot? hinh anh 3
Siêu máy tính Theta với sức mạnh tương đương 194 triệu chiếc máy tính cá nhân. Ảnh: B David Zarley.

Theta có thể tính tới 11,69 petaflop (11,69 triệu tỷ phép tính mỗi giây). Đối với người thường, con số này là không tưởng. Để hình dung, máy tính thông thường với CPU i7 2600k có thể tính được 60 gigaflop (60 triệu phép tính mỗi giây). Như vậy, Theta mạnh tương đương 194 triệu chiếc máy tính cá nhân.

Với sức mạnh như vậy, Theta có thể làm được công việc mà toàn nhân loại mất đến hàng nghìn năm để hoàn thành chỉ trong vòng 5 năm, xử lý 1 nghìn tỷ khớp nơron thần kinh trong não chuột.

Kasthuri tin rằng để xử lý được bản đồ não người, cần phải lắp một siêu máy tính lớn hơn nữa. Aurora 21, cỗ máy vẫn đang được chế tạo sẽ đảm được nhiệm vụ này.

“Chúng ta đang trên đường tìm đến bí ẩn của tâm trí, như mở hộp Pandora. Có điều, không phải mở hộp để tìm câu trả lời, mà để khơi ra nhiều câu hỏi khác nữa”, Kasthuri nói.

Bill Gates chỉ ra 10 công nghệ thay đổi thế giới 2019

Các công nghệ dưới đây được xem là những cuộc cách mạng đưa con người bước vào kỷ nguyên của tương lai, như lời Bill Gates nhận định "thay đổi bộ mặt thế giới con người đang sống".



Đại Việt

Bạn có thể quan tâm

Công nghệ

Mot cau noi cua ong Trump thoi bay 10 ty USD tu Huawei hinh anh

Một câu nói của ông Trump thổi bay 10 tỷ USD từ Huawei

0 3

Theo Huawei, lệnh cấm vận từ Mỹ đã làm cho công ty gặp nhiều khó khăn trong việc kinh doanh. Gã khổng lồ công nghệ Trung Quốc có thể sẽ giảm khoảng 10 tỷ USD doanh thu smartphone.

Ben trong Galaxy Note10+ 5G co gi? hinh anh

Bên trong Galaxy Note10+ 5G có gì?

0 1

Theo iFixit, chiếc Galaxy Note10+ chỉ đạt số điểm 3/10 về độ dễ sửa chữa. Thậm chí, việc thay pin trên thiết bị này cũng không đơn giản.

Galaxy A50s va A30s ra mat - camera 48 MP, pin 4.000 mAh hinh anh

Galaxy A50s và A30s ra mắt - camera 48 MP, pin 4.000 mAh

0

Galaxy A50s và A30s chủ yếu được nâng cấp về cấu hình, camera so với phiên bản tiền nhiệm. Samsung vẫn chưa công bố giá bán của hai model này.