සිතියම් කිරීමට මීයන්ගේ මොළය පාට කරන සුපිරි පරිගණක

මීයන්ගේ මොළයේ ක්‍රියාකාරීත්වය හඳුනාගැනීම සඳහා එය සිතියම්ගත කිරීම දැන් ඇමරිකාවේ සුපිරි පරිගණක යොදා ගැනෙනවා. මිනිසකුට දශක ගණනාවක් ගතවන මෙම ක්‍රියාවලිය වසර ගණනකින් කර දෙන්නට ඒවාට පුළුවන්.

‘තීටා’ සුපිරි පරිගණකය

ඇමරිකාවේ ආර්ගෝන් ජාතික පර්යේෂණාගාරයේ වර්ග අඩි 25000ක පමණ භූමි ප්‍රමාණයක පැතිරී ගිය ප්‍රබල සුපිරි පරිගණකයක් තිබෙනවා. සර්වර් රාක්ක 24කින් යුත් “තීටා” (Theta) නමින් හඳුන්වන මෙය අති විශාල ප්‍රමාණයක ගණනය කිරීමේ හැකියාවකින් දත්ත සටහන් කරගැනීමට සහ විශ්ලේෂණය කිරීම හැකියාවන් දක්වනවා. එයින් ලබා ගන්නා දත්ත විශ්ලේෂණ පර්යේෂකයන්ට දිනෙක ‘බුද්ධිය’ යනු කුමක්දැ යි හඳුනාගැනීමට අවශ්‍ය සවිබලය ලබා දෙනවා. මෙයින් ලබාදෙන දත්ත මීයෙකුගේ හිස්කබල තුළ රැඳවිය හැකි තරම් දත්ත ප්‍රමාණයක්.

තීටා පරිගණකය මීයන්ගේ මොළයේ සිතියම් ගත කිරීම කරන අතර අග සිට මුලට සියලුම දත්ත සකසා ගත් විට ලැබෙන ප්‍රතිඵලය ටෙරාබයිට් මිලියන ගණනක් තරම් ඉතා විශාල රළු දත්ත ප්‍රමාණයක් වෙනවා. මෙමඟින් වර්ණවත් ප්‍රස්තාර ගොඩනගනවා. එම වර්ණ මීයන්ගේ මොළයේ ඉතා කුඩා කොටස් නිරූපණය කරමින් මොළයේ කොටස් වෙන් කර දක්වමින් මොළයේ සැකැස්ම පෙන්වා දෙනවා. වර්ණ බිඳිතිවලින් නියුරෝන සහ සම්පර්කන (synapses) හෙවත් මනස හැසිරෙන ආකාරය තනි තනි වශයෙන් වාර්තාගත කරමින් නැනෝමීටර් අනුපාතයේ සිතියමක් සකස් කරනවා. මෙලෙස මොළය සිතියම් ගත කිරීමකට කියන්නේ “කනෙක්ටෝමයක්” (connectome) කියා යි.

පර්යේෂකයන් අපේක්ෂා කරන අන්දමට කනෙක්ටෝමයකින් මොළයේ ප්‍රජානනය (cognition) සහ මානසික සෞඛ්‍ය ගැටළු පිළිබඳව අවබෝධයක් ලබා ගත හැකිවනු ඇති. ඉන් විවිධ සත්ත්ව විශේෂවල මොළයේ වෙනස්කම් හඳුනාගැනීමටත් අවස්ථාව ලැබෙනවා. දැනට මෙම පරිගණකය යොදාගෙන මීයන්ගේ ඇබ්බැහිවීම් අධ්‍යයනය කරනවා. කොකේන්වලට ඇබ්බැහිවුණු මීයෙක්ගෙන් සහ සාමාන්‍ය මීයෙක්ගෙන් සකසාගත් කනෙක්ටෝම දෙකක් සංසන්දනයෙන් ඇබ්බැහිවීමට බලපාන නියුරෝන මොනවාදැ යි හඳුනා ගන්නට පුළුවන්. දැනට සොයාගෙන ඇති අන්දමට ඇබ්බැහිවීමකදී මොළයේ ව්‍යුහාත්මක වෙනස්කම් පවා සිදු වෙනවා.

පර්යේෂණයට නියැදි සකසා ගැනීම

නිතර වැරදි ඇති වෙන්නට ඉඩකඩ තියෙන නිසා මීයන්ගේ මොළයේ ව්‍යුහය පිළිබඳ අධ්‍යයනය කිරීම බොහොම සූක්ෂ්මව කළ යුත්තක්.

පර්යේෂණ සඳහා සකසා ගැනීමේ දී මීයන්ගෙන් හැකි ඉක්මණින් මොළය ඉවත් කරගන්නවා. අනතුරුව ඇල්ඩිහයිඩ තිරකාරකවල බහා හානි සිදුවීම වළක්වා ගන්නවා. පරිලෝකන ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයකින් (SEM) ස්කෑන් කිරීම සඳහා මොළයෙන් කොටසක් ඝන ලෝහ ද්‍රවයන්හි පොඟවනවා. විජලනය කර ප්ලාස්ටීකරණය කළාට පස්සේ නියැදිය දියමන්ති පිහියකින් කපනවා. දියමන්ති යොදාගත්තාම වඩාත් නිවැරදිව කැපුම යොදන්නට පුළුවන්. ඒවා අවසානයේ සුපිරි පරිගණකය වෙත යොමු කෙරෙනවා.

ඉතා කුඩා හෝ වරදක් මේ ක්‍රියාවලිය තුළ දී සිදුවුවහොත් එය දත්ත විශ්‍ලේෂණයේ දී ලැබෙන ප්‍රතිඵලවල දී විශාල වරදක් බවට පත්වෙනවා. එනිසා මෙම ක්‍රියාවලිය සඳහා ධාවන පටියක් (conveyor belt) යොදා ගෙන ස්වයංක්‍රීයව සිදු කරනවා. එය ඉතා වේගයෙන් කැබලි කපමින් මානව දෝෂ අවම කරනවා.

සිතියම් ගත කිරීම

පටිය මත ගමන් කරවීමෙන් පසු SEM මඟින් ස්කෑන් කරනවා. එහි ප්‍රතිඵලය ලෙස ඡායාරූප දත්ත රැසක් ‍ලැබෙනවා. ස්වාධීන නියුරෝන, සම්පර්කන සහ අනෙකුත් ව්‍යුහයන් ඒවායේ හැඩය අනුව හඳුනාගෙන අනුරේඛනය (trace) කර වර්ණ ගන්වනවා.

එලෙස වර්ණ ගන්වමින් ස්වාධීන වශයෙන් ව්‍යුහයන් හඳුනාගැනීමට, අවසන් ප්‍රතිඵල විශ්ලේෂණයට සහ මස්තිෂ්ක සිතියම (කනෙක්ටෝමිකය) සකසන්නට මිනිසුන් යොදාගත්තොත් විශාල කාලය වැය වන අතර බොහොම ඉවසීමකින් කළ යුතු වෙනවා. මීයකුගේ මොළය කුඩා නමුත් මුළු පෘථිවියේම සිටින පුද්ගලයන් දිනකට පැය අටක්, සතියට දින 6ක් එක දිගට කටයුතු කළත් මේ පර්යේෂණය කරන්නට වසර 500ක් 1000ක් විතර ගත විය හැකියි. කෙටි ජීවිත කාලය සමග පරම්පරා ගණනාවක් එයට අවශ්‍ය වෙනවා.

මෙහි විසඳුම බවට පත් වන්නේ Flood fill ඇල්ගොරිතමය යි. Flood fill ඇල්ගොරිතමයෙන් සිදුවන්නේ කිසියම් ස්ථානයක් තෝරා දුන් විට එහි සිට එයට අයත්/ගමන් කළ හැකි උපරිම සීමා ප්‍රදේශය සොයා ගැනීමයි. වංකගිරියක (maze) රොබෝ වරුන් තබා ඉන් පිටතට පැමිණීමට මෙය යොදා ගන්නවා. ඒ වගේම Paint මෘදුකාංගයේ Paint bucket එකෙන්; අප දෙන ලද සීමාවක් වර්ණ ගන්වන්නේත්, Minesweeper ගේම් එකේ එක් කොටුවක් ක්ලික් කළාම විශාල පරාසයක් එකවර විවෘත වන්නේත් මේ ක්‍රමවේදය හරහා යි.

තීටා සුපිරි පරිගණකය සඳහා Google AI සහ ජර්මනියේ මැක්ස් ප්ලාන්ක් ස්නායු ජීව විද්‍යා ආයතනයේ නිපැයුණු ඇල්ගොරිතම යොදාගෙන තිබෙනවා. පොඩි ළමයින්ගේ පාට කරන පොතක් වගේ සුපිරි පරිගණකයත් නියුරෝනයක් වැනි කිසියම් ව්‍යුහයක් තෝරාගෙන එය පාට කරන්නට පටන් ගන්නවා. Intel-Cray XC40 දෘඪාංග සමග පෙටාෆ්ලොප් 11.69ක වේගයක් තීටා පරිගණකයට තිබෙනවා. ට්‍රිලියන එකක පමණ මයික්‍රෝන ඝනඵලයක් ඇති මීයකුගේ මොළයකින් එක් මයික්‍රෝන ඝනඵලයක් මිනිසකුට විනාඩි 2ක් ගතවිය හැකි අතර තීටා පරිගණකයට මෙම ඇල්ගොරිතම සමග වසර 5කින් පමණ එය කළ හැකියි.

මීයන්ගේ මොළය තීටා පරිගණකයේ Flood fill ඇල්ගොරිතමය මඟින් අනුරේඛන, වර්ණ ගැන්වීම් හා සම්පාදනය කිරීමෙන් පසු එම පර්යේෂණාගාරයේම ඇති කූලි (Cooley) නමැති තවත් පරිගණකයකට යොමු කෙරෙනවා. Intel Xeon E5-2620 Haswell 2.4 GHz 6-core ප්‍රොසෙසර් දෙකක්, 24GB ධාරිතාවක් ඇති NVIDIA Telsa K80 GPU එකක් සහ ගිගාබයිට් 384ක RAM ධාරිතාවක් සහිත Nodes 126කින් සමන්විත කූලි පරිගණකය එම මොළය සිතියම් ගත කරනවා. මෙසේ සකස් කරන දත්ත කොටස් විවෘත මූලාශ්‍ර ලෙස ප්‍රසිද්ධ කරමින් ඕනෑම කෙනෙක්ට එය බලන්නට සහ අධ්‍යයනය කරන්නට අවස්ථාව සලසා දෙනවා.

මිනිසාට පෙර මීයන් අධ්‍යයනය

මීට පෙර ද සරල කනෙක්ටෝම සකසා ගන්නට ලොව වි‍ද්‍යාඥයන් සමත්ව තිබෙනවා. වසර 30ක පර්යේෂණයකින් පසු 1986 දී Caenorhabditis elegans (නෙමටෝඩා) පණුවාගේ නියුරෝන සිතියමක් සැකසූ අතර එම සතුන්ගේ ස්නායු පද්ධතිය ඉතාම සරල එකක්. පලතුරු මැස්සන්ගේ කනෙක්ටෝමයට වසර 23ක් ගත වෙනවා.

මිනිස් මොළය ඉතාම සංකීර්ණ නිසා එය සිතියම් ගත කරනවාට වඩා අප අකමැති නමුත්, ව්‍යුහාත්මකව අපට වඩාත් සමීප ක්ෂීරපායියෙකු වන මීයන් ගැන අධ්‍යයනයෙන් නුදුරේ දීම මානවයන්ගේ සිත් සතන් හඳුනාගන්නට ලොවට අවස්ථාව උදාවනු ඇති.