ヒトの脳全体シミュレーションを可能にするアルゴリズム

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脳シミュレーションの大幅な省メモリ化と高速化を実現

2018/03/26  理化学研究所

要旨

理化学研究所(理研)計算科学研究機構プログラミング環境研究チームの佐藤三久チームリーダー、來山至テクニカルスタッフⅠ、情報基盤センター計算工学応用開発ユニットの五十嵐潤上級センター研究員らの国際共同研究グループは、次世代スーパーコンピュータ(スパコン)でヒトの脳全体の神経回路のシミュレーション[1]を可能とするアルゴリズム[2]の開発に成功しました。

脳を構成する主役は神経細胞です。神経細胞は電気信号を発して情報をやりとりする特殊な細胞です。その数はヒトの大脳で約160億個、小脳で約690億個、脳全体では約860億個にのぼります。神経細胞同士はシナプス[3]でつながり合い、複雑なネットワーク(神経回路)を形成しています。しかし、現在の最高性能のスパコンをもってしても、ヒトの脳全体の規模で、神経細胞の電気信号のやりとりをシミュレーションすることは不可能です。

今回、国際共同研究グループは、次世代スパコンで脳のネットワークのシミュレーションを達成するアルゴリズムを開発しました。新たなアルゴリズムによってメモリの省力化を実現するだけでなく、スーパーコンピュータ「京」[4]などの既存のスパコン上の脳シミュレーションも大幅に高速化できました。

本成果は、2020年以降に登場するポスト「京」[5]などの次世代スパコン上で、ヒトの脳全体のシミュレーションを実現し、脳の情報処理や脳疾患の機構の解明に貢献すると期待できます。また、新アルゴリズムはオープンソースとして一般公開されている神経回路シミュレータ「NEST[6]」の次期公開版に搭載される予定です。

本研究は、スイスのオンライン科学雑誌『Frontiers in Neuroinfomatics』(2月16日付、日本時間:2月17日)に掲載されました。

また、本研究はポスト「京」研究開発枠・萌芽的課題(4)「大脳皮質神経回路のデータ駆動モデル構築(課題番号:hp160258)」と京調整高度化枠「ブレインシミュレータNEST5gの性能評価(課題番号ra001012)」として「京」の計算資源を用いて実施されました。

※国際共同研究グループ

理化学研究所
計算科学研究機構 プログラミング環境研究チーム
チームリーダー 佐藤 三久(さとう みつひさ)
テクニカルスタッフⅠ 來山 至 (きたやま いたる)
情報基盤センター 計算工学応用開発ユニット
上級センター研究員 五十嵐 潤(いがらし じゅん)

ドイツ ユーリッヒ研究センター
研究員 ヤコブ・ジョーダン (Jakob Jordan)
修士課程 タモ・イッペン (Tammo Ippen)
研究員 モーリッツ・ヘリアス (Moritz Helias)
教授 マーカス・ディーズマン(Markus Diesmann)

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