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Computer-Simulationen

Supercomputer bringen mehr Power für Gehirn-Simulationen

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Nervenzellen aus dem Gehirn.
Elektronenmikroskopische Aufnahme von Nervenzellen aus dem Gehirn. (Quelle: planet-wissen.de)

Mit Supercomputern das Gehirn verstehen - das ist das Ziel des neuen Simulation Laboratory Neuroscience am Forschungszentrum Jülich, welches durch die Helmholtz Gemeinschaft gegründet wurde.

Jülich, Freiburg – Im Rahmen der neuen Institution wird die „Bernstein Facility Simulations- und Datenbanktechnologie“ eingerichtet, die dem vom BMBF geförderten Nationalen Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience angeschlossen ist. Sie wird dessen Wissenschaftler beratend unterstützen und dadurch eine optimale Verzahnung mit dem Feld der Computational Neuroscience in Deutschland herstellen.

Computer-Simulationen und theoretische Modelle werden immer wichtigere Werkzeuge, um die komplexen Prozesse unseres Gehirns zu verstehen. Das Simulation Laboratory unterstützt Neurowissenschaftler aus ganz Europa bei der optimalen Nutzung der Jülicher Hochleistungscomputer. Außerdem soll es die Weiterentwicklung und Standardisierung theoretischer Modelle im Bereich der Hirnforschung vorantreiben.

Analyse immer größerer neurowissenschaftlicher Datensätze

Der leistungsstärkste Computer der Welt sitzt in unserem Kopf. Etwa 100 Milliarden Nervenzellen wirken im Gehirn zusammen. Nach welchen Regeln die Zellen und Hirnareale miteinander kommunizieren und was bei neurologischen Erkrankungen verändert ist, untersuchen Wissenschaftler immer häufiger in Simulationen. Doch je realistischer diese werden, desto rechenintensiver sind sie auch. Zudem gewinnen in den Neurowissenschaften Verfahren an Bedeutung, bei denen innerhalb kurzer Zeit sehr große Datenmengen gesammelt werden können. Derartige Hochdurchsatzverfahren erfordern neue Wege in der Datenverarbeitung. Die Forscher an Europas größtem Rechenzentrum in Jülich werden darum Methoden weiterentwickeln, welche die Analyse immer größerer neurowissenschaftlicher Datensätze ermöglichen.

Simulationen von Hirnprozessen

Um die Leistung der Jülicher Supercomputer wie Jugene voll ausnutzen zu können, müssen Simulationen von Hirnprozessen erst auf deren spezielle Anforderungen und Möglichkeiten angepasst werden. „Heutige Supercomputer bestehen aus hunderttausenden von Rechenkernen. Um eine Simulation effizient über diese Prozessoren zu verteilen, benötigen wir völlig neue Datenstrukturen und Kommunikationsalgorithmen im Vergleich zu denen, die wir auf kleineren Systemen eingesetzt haben“, erklärt Markus Diesmann, Professor für Computational Neuroscience am Forschungszentrum Jülich.

Langfristige Zusammenarbeit für ein gemeinsames Ziel

Mit Unterstützung der Experten für Computational Neuroscience, Datenanalyse, Anatomie, Virtuelle Realität und Supercomputing haben Neurowissenschaftler die Möglichkeit, ihre Programme anzupassen und zu optimieren. Durch eine verbesserte Standardisierung der Modellbeschreibung erhoffen sich die Forscher sowohl eine bessere Vergleichbarkeit als auch eine vereinfachte Kombination unterschiedlicher Teilmodelle.

Als Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience ist die neue Einrichtung von Beginn an sehr gut in die neurowissenschaftlichen Forschungslandschaft in Deutschland eingebunden. Im Bernstein Netzwerk sind über 200 wissenschaftliche Arbeitsgruppen miteinander vernetzt. Hier werden große Mengen relevanter neurobiologischer Daten gesammelt und komplexe Modelle und Simulationen eingesetzt, die eine langfristige Verfügbarkeit und Weiterentwicklung von Simulations-Software erfordern und sich zum Teil erst mit den Jülicher Supercomputern rechnen lassen.

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