脳神経系研究開発チーム成果報告ᰴ਎ઍ↢๮૕⛔วࠪࡒࡘ࡟࡯࡚ࠪࡦ࠰ࡈ࠻࠙ࠚࠕߩ⎇ⓥ㐿⊒(ISLiM)ᚑᨐႎ๔ળ 2011 (2011.12.21-22)

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Molecular Systems Biology, Nature Neuroscience,
Neuron, Journal of Neuroscience, PNAS ߥߤಽ㊁ࠍઍ⴫ߔࠆ৻ᵹ㔀⹹ߦឝタߐࠇߚ‫ߪ޿ࠆ޽ޔ‬ឝタ੍ቯߢ޽ࠆ‫‛↢ࡓ࠹ࠬࠪߪࠄࠇߎޕ‬ቇ⎇ⓥ‫ޔ‬ᄢⷙᮨ࠺࡯࠲⸃ᨆߥߤߦࠃࠆ߽ߩ㧔޿ࠊࠁࠆ⸘▚␹⚻⑼ቇߦ㑐ߔࠆ߽ߩ㧕߽޽ࠅ‫ߛᧂޔ‬੩ߩࠪࡒࡘ࡟࡯
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4

123

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2.#61

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p=93.753%(flat  MPI)  AB㒊ศ✵㛫ศ๭䞉䝜䞊䝗ከ㔜໬䛻䜘䜛䝣䜱䝷䝯䞁䝖ィ⟬䛾ຠ⋡໬⣽⬊㉮ᛶ䛾෌⌧䖩ⴥ≧௬㊊䛾⮬ᕫ⤌⧊໬䚸⣽⬊㉮ᛶ䛾䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁୕ḟඖ໬䝣䜱䝷䝯䞁䝖䛾᭤䛢䞉⤖᮰䛾ᑟධ䖩ᣑᙇ䝰䝕䝹䛾ヨస

Nonaka,  Honda,  Ishii,  Neural  Networks,  24(9),  2011

125

reduced  primate  spatially  visual  cortex  organized  at  respecting  relative   micro  scale
size  of  areas  (32)human  brain  model   spatially  (approx.  100  areas) organized

2

3

characterization  of  stationary  state  (rates,  irregularity)
comparison  of  low-­frequency  EEG  and  LFP  to  experiments

capability  to  simulate  full  scale  model  of  a  functional  unit  at  microscopic  resolutionassessment  of  capability  to  simulate  full  scale  brain  model Step  3:  full  human  brain  simulation

 Step  2:  models  with  closed  functional  circuits Step  1:  investigation  of  reduced  visual  cortex  model  now  possible  on  K

Expected  results:-­ tech.  possible  with  current  code.  
-­ tests  in  progress

1012

max  1011 max  1015

108

technically  achieved  on  K on  28.  Aug  2011

3w1010

Neurons Synapses Status  Nov 2011

random  at   3w106
micro  and  macro  scale

reduced  primate  visual  cortex(32  areas,  each  1  local  microcircuit)1

Network  type

Description

Steppresented  Feb  22nd,  2010
guided  by  neuroscientific goal  to  combine  microscopic  and  macroscopic  structure  ᒁᡤᅇ㊰䝅䝭䝳䝺䞊䝍(NEST)㻝䠊 䜰䜽䝏䞁䜻䝛䝔䜱䜽䝇䛾䜰䝸䝂䝸䝈䝮䜢ᨵၿ䛧䚸ிୖ䛷㻝㻜㻜㻜㻜䝁䜰୪ิ⛬ᗘ䛾኱つᶍ㧗୪ิ䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁䜢㐩ᡂ㻞䠊 ᭤䛜䜛䜰䜽䝏䞁䝰䝕䝹䜢㻺㼑㼡㼞㼛㻹㼛㼞㼜㼔㼛㻷㼕㼠䛻⤌䜏㎸䜏䚸䜎䛯୕ḟඖ໬䜢㐩ᡂ㻟䠊 ୖグ䛻䜘䜚䚸⣒≧௬㊊䛾୕ḟඖືస䜢ྵ䜣䛰ᡂ㛗෇㗹䛾ືⓗ䛺໙㓄᳨▱䚸᪉ྥ㌿᥮䛻䛴䛔䛶䛾㧗୪ิ䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁䜢ᐇ᪋䚸䜲䝯䞊䝆䞁䜾䝕䞊䝍䛾෌⌧䜢ᅗ䜛㻠㻌䠊㻺㼑㼡㼞㼛㻹㼛㼞㼜㼔㼛㻷㼕㼠㻙㻭㻙㻯㼑㼘㼘㐃ᦠ䛻䜘䜚䚸䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁⤖ᯝ䛾ྍど໬䛸䜲䞁䝍䞊䝣䜵䞊䝇䜢ᐇ⌧䖩௒ᚋ䛾ᒎ㛤

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 storage  of  neurons  and  synapses  employing  sparse  representations
 enables  efficient  distribution  on  M10k  cores

ISLiMᡂᯝሗ࿌఍2011  (4)  Next  milestone:  Nmax=108     theory  of  memory  usage
 SRVVLEOHZLWKSUHVHQWFRGH¶V
memory  consumption  on  K  with  0§5 cores  (solid  dark  gray  curve)

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3  times  larger  network  than    on  JUGENE  in  same  time

NEST䛾Kୖ䛷䛾ᛶ⬟

ISLiMᡂᯝሗ࿌఍2011  ± Parallelization  and  HP-­FRPSXWDWLRQRIPRUSKRORJLFDOO\FKDQJLQJFHOOVE\³.´± Realization  of  parallel  computation  of  stochastic  simulation  without  any  compartmentalization

Ultimate  goal  of  this  project± MPI  parallelization  of  A-­Cell>99%± Construction  of  netCDF-­neuron  for  data  exchange± Simulation  of  morphological  change  by  A-­Cell  using  netCDF-­neuron
reaction-­diffusiontransmission  of  Vm

Results± Reorganization  of  F-­actin  as  a  determinant  of  cellular  morphology
simulated  by  NeuroMorphoKit± Realization  of  morphological  change  by  addition  and  deletion  of  compartments
simulated  by  A-­Cell± Exchanging  simulation  data  between  NeuroMorphoKit and  A-­Cell

Approach± Morphological  change  of  cells  is  critical  for  their  functions.
structural  plasticity  of  spines,  cancer  invasion  (invadopodia),  etc.
± Realize  computation  for  3D-­PRUSKRORJLFDOO\FKDQJLQJFHOOVRQ³.´

Background  and  Objective  of  A-­&HOOH[SDQVLRQIRU³.´(1)  Runtime  improvements speedup  Į 0.9  @  16384  cores
 hybrid  MPI  +  OpenMP code(simulation  and  wiring) achieved  phase  III  on  K

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N e u r o M o r p h o K i t -­ A -­ C e l l 䛻 䜘 䜛 3 D 䝅 䝭 䝳 䝺 䞊 䝅 䝵 䞁ᰴ਎ઍ↢๮૕⛔วࠪࡒࡘ࡟࡯࡚ࠪࡦ࠰ࡈ࠻࠙ࠚࠕߩ⎇ⓥ㐿⊒ (ISLiM) ᚑᨐႎ๔ળ 2011  (2011.12.21-­22)dŚŽŵƐŽŶĞƚĂů͘ϬϮᩓൢဃྸ᬴ܱȇȸǿ᡿ƍǬȳȞඬ

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Kannon et  al.,  Neural  Networks,  2011
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127
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19

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Connectivity

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1011

max 1015

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spatially
respecting relative size of areas (32) organized at
micro scale2

technically achieved on K on
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Neuron Synapses Status Nov 2011s

reduced primate visual cortex
random at micro 3·106(32 areas, each 1 local microcircuit) and macro scale

Network type1

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2006 ᐕ 4 ᦬ ᧲੩ᄢቇ వ┵⑼ቇᛛⴚ⎇ⓥ࠮ࡦ࠲࡯↢๮⍮⢻ࠪࠬ࠹ࡓಽ㊁ᢎ᝼ߘߩ㑆
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145

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  Imaging:  Voltage-­Sensitive  Dye,  Ca-­Indicator  (dye  or  transgenic  (GCaMP))    Immunohistochemistry:  GABA,  5HT,  FMRFamide,  tyramine,  histamine,  proteins  ⚄⤒⣽⬊䝕䞊䝍䝧䞊䝇(BoND)  ᅕኺኬᏘἙὊἑἫὊἋ㻮㼛㻺㻰ỉನሰểૢͳ㻌༢୍䝙䝳䞊䝻䞁άື䛾䝅䝭䝳䝺䞊䝅䝵䞁  ⭷≉ᛶ䛻㛵䛩䜛ᐇؕᄽ૾ᆉࡸểἉἱἷἾὊἉἹὅỉನሰ㻌ᰴ਎ઍ↢๮૕⛔วࠪࡒࡘ࡟࡯࡚ࠪࡦ࠰ࡈ࠻࠙ࠚࠕߩ⎇ⓥ㐿⊒ (ISLiM) ᚑᨐႎ๔ળ 2011  (2011.12.21-­22)

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(謝辞)
本資料集に記載されている「京」での計算は、2011 年 3 月の「京」の特別運用およびその後の試験利用によって行われたものです。
また、本資料集に記載されている「京」を使用した測定値は、開発整備中の「京」による、測定時点での数値です。