従来と新アルゴリズムによるシミュレーション可能な脳の規模とスパコンの規模
理化学研究所（理研）は2018年3月26日、従来は難しかったヒトの脳全体の神経回路のシミュレーションを、次世代スーパーコンピューター（スパコン）で可能にするアルゴリズムを開発したと発表した。
脳を構成する神経細胞は全体で約860億個存在し、それぞれがシナプスでつながり合った複雑なネットワークを形成している。理研によると、このようなヒトの脳全体の神経回路の電気信号のやりとりをシミュレーションすることは、現在の最高性能のスーパーコンピューターでも不可能だという。
今回の研究では、スパコンで脳内の神経回路を構築する新しいアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムでは、シミュレーション開始時にあらかじめスパコンを構成する各計算ノード間で、電気信号を送る必要があるかどうかの情報交換をしておく。従来は全神経細胞の電気信号が各計算ノードに送られていたが、この情報交換により、それぞれの計算ノードが、必要とする電気信号のみを送受信できるようになり、無駄な送受信が不要となった。同時に、電気信号を神経細胞に送るか否かを判定するメモリーも不要となった。こうした工夫により、神経回路の規模が大きくなった場合でも、1計算ノードあたりのメモリー量は増えず、省メモリー化を実現した。
この新しいアルゴリズムの導入により、次世代スパコンを使って脳全体のシミュレーションができるようになる。同時に、従来のスパコンでの脳シミュレーションも高速化できる。2014年ユーリッヒ研究センターのスパコン「JUQUEEN」で行われた5億2000万個の神経細胞が5兆8000億個のシナプスで結合された神経回路のシミュレーションは、1秒間分の神経回路のシミュレーションに当時28.5分を要したが、新アルゴリズムで実行すると5.2分に短縮された。
今後は、次世代のハードウェアと適切なソフトウェアを組み合わせることで、数分間の時間スケールで発生するシナプス可塑性（シナプスの情報伝達効率が長期的に変化する能力）や学習のような脳機能の研究が可能になると考えられるという。今回開発した新しいアルゴリズムは、オープンソースの神経回路シミュレーションソフトウェア「NEST」の次期公開版に搭載される予定だ。
