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Modellazione numerica dell'elettrofisiologia cardiaca su scala cellulare

MICROCARD è un progetto di ricerca europeo per costruire un software che possa svolgere simulazioni dell'elettrofisiologia cardiaca utilizzando modelli del cuore intero con risoluzione sub-cellulare, eseguendole sui futuri supercomputer exascale. È finanziato da EuroHPC e inizierà il 1° aprile 2021.

Riassunto

Le malattie cardiovascolari sono la causa di morte più frequente nel mondo e la metà di queste morti sono dovute ad aritmie cardiache, disturbi del sistema di sincronizzazione elettrica del cuore. I modelli computerizzati sono essenziali per comprendere il comportamento di questo sistema complesso e le sue malattie. Questi modelli sono già molto sofisticati e ampiamente utilizzati, ma attualmente non sono abbastanza potenti da includere le singole cellule del cuore (2 miliardi!). Devono quindi presumere che centinaia di cellule stiano facendo all'incirca la stessa cosa. A causa di questa limitazione, i modelli attuali non possono rappresentare eventi associati all'invecchiamento e ai cuori strutturalmente malati, in cui un ridotto accoppiamento elettrico porta a grandi differenze di comportamento tra cellule vicine, con conseguenze anche fatali.

Se vogliamo modellare il cuore cellula per cellula, dobbiamo affrontare un problema matematico che è 10.000 volte più grande e molto più difficile da risolvere. Avremo bisogno di supercomputer più grandi di quelli che esistono oggi e molta inventiva per risolvere il nostro problema in modo efficiente su queste macchine future.

Lo scopo del progetto MICROCARD è di sviluppare software in grado di risolvere questo problema sui futuri supercomputer exascala. Svilupperemo algoritmi su misura per il problema matematico specifico, per la dimensione dei calcoli e per il particolare design di questi futuri computer, che probabilmente dovranno la maggior parte della loro potenza di calcolo a elementi di calcolo ultra-paralleli come le unità di elaborazione grafica (GPU). Non ci accontenteremo di una prova concettuale, ma utilizzeremo il codice sviluppato per risolvere problemi reali in cardiologia. Pertanto il progetto include esperti di informatica, matematici, ingegneri biomedici e collaborazioni con cardiologi e fisiologi.

Finanziamento