Simulerer hjertets elektriske aktivitet

  • ikt

Simulas digitale hjerte, eller Cardiac Computation Project, som de kaller det, skal utvikles til å bli en svært nøyaktig modell for å simulere hjertets elektriske aktivitet.

For utenforstående høres det kanskje ikke så avansert ut. En vanlig pacemaker får jo hjertet til å slå ved å tilføre noen elektriske impulser i minuttet, men ledningsnettet i denne vitale muskelen er mer komplekst enn som så.

- På lang sikt tror vi dette arbeidet kan benyttes til å forbedre diagnoser i forbindelse med hjertelidelser, sier prosjektleder dr. scient. Glenn Lines.

På kort sikt er målet med modellen å utvikle bedre forståelse av hjertets funksjon og hvordan det påvirkes av ulike medisiner og behandlinger.

- Det vil gi både leger og farmasøytisk industri muligheter til å forbedre effekten av medisiner og behandlingsmetoder Det vil dessuten gi medisinerne langt bedre forståelse for hva et elektrokardiogram viser, sier Lines.

Problemet med en slik modell er at den krever stor innsikt i hjertets elektriske virkemåte, og den er svært kompleks og finmasket. Modellen er basert på differensiallikninger.

Oppløsningen mellom punktene som simuleres er på 0,2 mm. Det gir 40 millioner punkter målt over hjertets volum. I hver slik node simuleres aktiviteten i form av 50 variable hvert 0,1 msek. Det sier seg selv at dette er en formidabel regneutfordring. En sekvens på bare et halvt sekund gir 10 13 frihetsgrader.

- Det er ikke lenge siden det ble antatt at det ville være umulig å simulere hjertet i en datamaskin på den måten vi gjøre det, sier Lines. Likevel har forskerne ved Simula Research, mange med bakgrunn fra Sintef og Universitetet i Oslo, kommet frem til en løsning basert på kombinasjonen av matematikkompetanse og superdatakraft.

Tungregning

Med slike regneoperasjoner har forskerne ved Simula andre krav til sine datamaskiner enn folk flest. Oppgavene de laster på dem ville få selv den raskeste prosessor til å se ut som en snegle.

Her trengs det superkraft, og det har de skaffet seg i form av en Linux-klynge basert på 25 sammenkoblede kraftige servere fra HP. Hver av serverne har to 64-bits prosessorer på 1,3 GHz ,og hele klyngen er utstyrt med en hukommelse på 100 GB.

På tross av den enorme regnekraften er oppgavene ofte mye mer krevende enn maskinene kan tygge unna i sanntid. Derfor jobber HP-klyngen nattskift de fleste av ukedagene for å gjøre unna alle kalkulasjonene forskerne mater den med.

Behovet for regnekraft er mye større enn forskerne ved Simula kan regne med å disponere i uoverskuelig fremtid. De trenger mange THz, men må klare seg med mange GHz. Derfor består en viktig del av de prosessorintensive studiene i å bygge abstraksjoner av problemene.

- Vi kommer nok aldri til å få nok datakraft, sier Lines, som gjerne kunne tenke seg en enda større maskin. Den største klyngen HP har levert til nå har hele 2000 noder, og enda større installasjoner planlegges.

Hjertets elektriske aktivitet er ikke den eneste tungregneoppgaven forskerne har gitt seg i kast med. En annen gruppe studerer funksjonen til rutere og svitsjer i nettverk og håper at resultatene kan utnyttes til å bedre dagens tjenestekvalitet. I så fall er nok ikke veien lang til Telenor som ligger et steinkast unna.

Raskt til Fornebu

Simula Research Laboratory var en av de første leietakerne i det gamle terminalbygget på Fornebu. Forskningssenteret, som er oppkalt etter verdens første, og norske, objektorienterte programmeringsspråk, belegger toppetasjen i det en gang så travle terminalbygget.

Simula er en nyskapning i Norge fordi se satser stort og målrettet på grunnforskning. I motsetning til våre tallrike forskningsinstitutter som driver anvendt forskning, konsentrerer Simula-forskerne seg om å skape ny kunnskap innen informasjons- og kommunikasjonsteknologi.

- Det at vi driver grunnforskning, betyr ikke at vi ikke er lydhøre for behovene i næringslivet, sier professor Olav Lysne, som arbeider med nettverksforskning. - Vi har et anvendelsesperspektiv på det vi arbeider med, og vi tror det kan komme både nye og etablerte norske bedrifter til gode.

I motsetning til de fleste norske forskningsinstitusjoner er Simula sikret driften i ti år. Det gir stabile forhold og gode muligheter til å jobbe utforstyrret med forskningen.

- Vi kommer til å bli en solid komponent i det norske forskningslandskapet i løpet av disse årene, og det mangler ikke på spennende prosjekter, sier Lysne.