Ταυτόχρονη προσομοίωση πολλαπλών δικτύων βιολογικών νευρώνων σε παράλληλα συστήματα

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή εργασία εστιάζει στην υπολογιστική νευροεπιστήμη, με στόχο τη μοντελοποίηση και προσομοίωση της νευρωνικής δραστηριότητας μέσω δικτύων νευρώνων. Αναλύονται βιολογικά και υπολογιστικά μοντέλα νευρώνων, όπως το Leaky Integrate-and-Fire (LIF), τα οποία χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση της πολύπλοκης δυναμικής των νευρωνικών δικτύων. Μέσω της προσομοίωσης αυτών των δικτύων, επιχειρείται η κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τη λειτουργία του εγκεφάλου και των υπολογιστικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα. Η εργασία περιλαμβάνει συγκριτική μελέτη διαφόρων προτύπων και φαινομένων, όπως οι χιμαιρικές καταστάσεις, καθώς και την εφαρμογή του μοντέλου LIF για τη διερεύνηση της νευρωνικής συμπεριφοράς σε μεγάλης κλίμακας προσομοιώσεις. Για τη βελτίωση της αποδοτικότητας των προσομοιώσεων, χρησιμοποιείται παράλληλη επεξεργασία, αξιοποιώντας τις δυνατότητες των πολυπύρηνων συστημάτων, με στόχο τη μείωση του χρόνου εκτέλεσης και την εκτεταμένη ανάλυση παραμετρικών συνδυασμών. Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντική βελτίωση στους χρόνους εκτέλεσης και στην επιτάχυνση, ιδιαίτερα σε χαμηλό αριθμό νημάτων, ενώ παρατηρείται μείωση της απόδοσης καθώς αυξάνονται τα νήματα λόγω συμφόρησης στη μνήμη. Η εργασία καταλήγει ότι η βελτιστοποίηση της χρήσης του εύρους ζώνης της μνήμης μπορεί να συμβάλλει στην αποτελεσματικότερη χρήση των πόρων, προσφέροντας πολύτιμα δεδομένα για την κατανόηση της νευρωνικής δραστηριότητας.