NESTML - Eine Modellierungssprache für biologisch realistische Neuronen- und Synapsenmodelle für NEST
Simulationen werden in der Computational Neuroscience eingesetzt, um die Flut anatomischer und physiologischer Daten aus neurowissenschaftlichen Laboren zusammenzuführen, die Daten auf Konsistenz zu überprüfen und funktionelle Hypothesen zu testen.
NEST [1, 2] ist ein Simulator für biologisch realistische (spikende) neuronale Netzwerke. Seine Neuronen- und Synapsenmodelle sind in C++ geschrieben, was ein umfassendes Fachwissen sowohl über diese Programmiersprache, als auch über die Interna des Simulators voraussetzt und es somit schwierig macht, vorhandene Modelle zu verstehen und neue zu erstellen.
Das Ziel des NESTML Projektes ist es, Neurowissenschaftlern das Schreiben von Modellen für NEST zu erleichtern, indem eine zusätzliche Sprachschicht und eine Komponentenbibliothek zum Aufbau von Modellen aus Teilen, sowie die Infrastruktur zur Erzeugung des effizienten C++-Codes für NEST aus solchen Modellbeschreibungen zur Verfügung gestellt werden. Die neue Abstraktionsschicht wird auf Basis des MontiCore Framework [3, 4] entwickelt und kann auch von anderen Modellierungssprachen wie NineML oder NeuroML aus verwendet werden.
Literatur:
[1] Gewaltig M., Diesmann M. (2007) NEST (NEural Simulation Tool). Scholarpedia 2(4):1430
[2] http://www.nest-simulator.org
[3] Krahn H., Rumpe B., Völkl S. (2010) MontiCore: A Framework for Compositional Development of Domain Specific Languages. International Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT) 12(5): 353-372
[4] http://www.monticore.de
Neuigkeiten:
Im Rahmen dieses JARA-HPC Seed Fund Projektes wurde seit Anfang 2015 die Infrastruktur geschaffen, um Neuronenmodelle für den neuronalen Simulator NEST aus einer speziell dafür entwickelten Sprache zu erzeugen. Damit haben Neurowissenschaftler nun erstmals die Möglichkeit, diese Modelle mit Konzepten ihrer Domäne zu beschreiben, anstatt sich der allgemeinen Programmiersprache C++ zu bedienen.
Die Ergebnisse der bisherige Arbeit wurden in Form eines 16-seitigen Artikels bei der Konferenz Modellierung 2016 präsentiert, wärend die entwickelten Werkzeuge als Open-Source-Software zur Verfügung stehen.
Um die Konzepte und Tools für NESTML zu evaluieren und potenziellen Nutzern näher zu bringen, fand vom 7.-8. Dezember 2015 der erste NESTML Community Workshop mit 15 Teilnehmern statt. Das Feedback zum Workshop und zur Sprache war überwiegend positiv und etliche der Anregungen wurden bereits in eine verbesserte Version integriert.
NESTML ist eine Kollaboration zwischen dem Lehrstuhl für Software Engineering der RWTH Aachen und der Abteilung Computational and Systems Neuroscience (INM-6) des Institutes für Neurowissenschaft und Medizin am Forschungszentrum Jülich.
Projektlaufzeit:
Januar 2015 - Dezember 2016
Kontakt:
Prof. Dr. Abigail Morrison, Simulation Lab Neuroscience, Institute for Advanced Simulation, Institute of Neuroscience and Medicine, Forschungszentrum Jülich
Dr. Jochen M. Eppler, Simulation Lab Neuroscience, Institute for Advanced Simulation, Jülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Bernhard Rumpe, Lehrstuhl für Software Engineering, RWTH Aachen