В CMU ускорили расчет транспорта в нейронах в 10 раз

Инженеры из Университета Карнеги — Меллона смоделировали процессы внутриклеточного транспорта в нервных волокнах с помощью суперкомпьютера Bridges-2 Питтсбургского суперкомпьютерного центра, сообщает psc.edu psc.edu. Работа направлена на исследование нейродегенеративных заболеваний, включая боковой амиотрофический склероз (БАС), при котором нарушения доставки питательных веществ и сигналов по аксонам приводят к отказу синаптических связей и параличу psc.edu. Виртуальный аналог позволяет предварительно проверять механизмы блокировки транспорта без дорогостоящих лабораторных тестов на живых клетках psc.edu.

Прямые гидродинамические расчеты в трехмерных ветвящихся невритах требуют колоссальных вычислительных мощностей из-за каждого узла ветвления psc.edu. Чтобы снизить нагрузку, аспирант Цун Е Се и профессор Джессика Чжан разработали суррогатную модель GALDS (Graph-Autoencoder-based Latent Dynamics Surrogate) psc.edu. Алгоритм рассматривает отростки как систему ветвящихся каналов, сжимая исходную геометрию до ключевых параметров и снижая сложность уравнений psc.edu.

Вычисления на кластере Bridges-2

Для настройки и расчетов GALDS исследователи задействовали ресурсы суперкомпьютера Bridges-2, включающего 47 узлов с 384 графическими ускорителями и 504 процессора с общим числом вычислительных ядер более 64 000 psc.edu. В пиковых фазах моделирование клеточного потока загружало порядка 1000 процессорных ядер одновременно psc.edu. Использование оперативной памяти объемом от 256 до 512 гигабайт на узел позволило хранить промежуточные массивы данных в ОЗУ, исключив задержки ввода-вывода psc.edu.

Точность и ограничения модели

Работу алгоритма проверили на восьми геометриях отростков и четырех сценариях патологического транспорта psc.edu. Скорость счета выросла в 10 раз по сравнению со стандартным физическим моделированием при средней погрешности предсказания около 3 процентов; максимальная ошибка ни в одном из тестов не превысила 8 процентов psc.edu.

Данные исследования опубликованы в журнале Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering в декабре 2025 года psc.edu. Авторы отмечают, что текущая версия усредняет микроскопические детали потока и работает исключительно со статичной геометрией, не позволяя воспроизводить рост живой клетки psc.edu. Дальнейшая работа направлена на поддержку изменяющихся во времени структур и интеграцию новых экспериментальных данных psc.edu.

В CMU ускорили моделирование транспорта в нейронах в 10 раз на Bridges-2

Вычисления на кластере Bridges-2

Точность и ограничения модели

Источники · 2

Читайте также

UC San Diego протестировала кетамин с практиками осознанности против опиоидной зависимости