Henry Markram bygger en hjerne i en supercomputer

Vores mission er at bygge en detaljeret, realistisk computermodel af menneskehjernen. Og vi er nået frem til, over de sidste fire år, en beviseligt fungerende model af en lille del af en gnaverhjerne, og med dette bevis på konceptets holdbarhed opskalerer vi nu projektet for at nå til menneskehjernen.

Hvorfor gør vi dette? Der er tre vigtige grunde. Den første er, at det er essentielt for os at forstå menneskehjernen hvis vi ønsker at kunne omgås hinanden i samfundet, og det tror jeg er et vigtigt udviklingstrin i evolutionen. Den anden grund er, at vi ikke kan blive ved med at lave dyreforsøg for evigt, og at vi er nødt til at håndgribeliggøre al vores data og al vores viden i en funktionel model. Det er ligesom en Noahs Ark. Det er ligesom et arkiv. Og den tredje grund er, at der er to milliarder mennesker på planeten som er påvirkede af sindslidelser, og de medicintyper der bruges i dag er stort set baserede på empiriske data. Jeg tror at vi kan finde frem til meget konkrete løsninger på hvordan vi behandler lidelser.

Nu, selv på dette stadie, kan vi bruge modellen af hjernen til at udforske nogle grundlæggende spørgsmål om hvordan hjernen virker. Og her, på TED, for første gang, vil jeg gerne give jer indblik i, hvordan vi tager fat på én teori - der er mange teorier - én teori om hvordan hjernen virker. Altså, denne teori går ud på at hjernen skaber, bygger, en version af universet. Og projicerer denne version af universet, som en bobbel, hele vejen rundt om os.

Nu har dette emne selvfølgelig været debatteret af filosoffer i århundreder. Men for første gang kan vi faktisk tage fat på det med hjerne simulering og stille strengt systematiske spørgsmål om hvorvidt den teori faktisk kunne være sand. Grunden til at månen er enorm på horisonten er simpelthen fordi vores perceptions-bobbel ikke strækker sig 380.000 kilometer ud. Den løber tør for plads. Så det vi gør, er at sammenligne bygningerne indeni vores perceptions-bobbel og vi træffer en beslutning. Vi træffer en beslutning om at den er så stor, selv om den ikke er så stor,

og hvad dette illustrerer er at beslutninger er de vigtigste ting der understøtter vores perceptions-bobbel. De holder den i live. Uden beslutninger kan man ikke se, kan man ikke tænke, kan man ikke føle. Og man tror måske at bedøvelsesmidler virker ved at sende dig ind i en dyb søvn, eller ved at blokere dine receptorer, så du ikke føler smerte, men faktisk virker de fleste bedøvelsesmidler ikke på den måde. Det de gør, er at introducere en støj i hjernen, så neuronerne ikke kan forstå hinanden. De bliver forvirrede, og du kan ikke træffe en beslutning. Så imens du prøver at bestemme dig for hvad lægen, kirurgen foretager sig når han hakker løs på din krop, er han forlængst forsvundet. Han sidder derhjemme og drikker te. (Latter)

Så, når du går hen til en dør og du åbner den, er du, for at kunne opfatte, nødt til at træffe beslutninger, tusindvis af beslutninger om størrelsen på rummet, væggen, højden, genstandene i dette rum. 99 procent af hvad du ser er ikke hvad der kommer ind gennem øjnene. Det er hvad du udleder omkring rummet. Så jeg kan sige, med nogen sikkerhed, "Jeg tænker, derfor er jeg." Men jeg kan ikke sige, "Du tænker, derfor er du," fordi "du" er inden i min perceptionsbobbel.

Nu kan vi spekulere og filosofere over dette, men det behøver vi faktisk ikke i de kommende hundrede år. Vi kan stille et meget konkret spørgsmål. "Kan hjernen bygge sådan en opfattelse?" Er den i stand til at gøre det? Har den stoffet til at gøre det? Og det er hvad jeg vil beskrive for jer i dag.

Det tog universet 11 milliarder år at bygge hjernen. Det skulle forbedre den en lille smule. Det skulle føje til den forreste del, så du kunne få instinkter, fordi de skulle klare sig på land. Men det virkeligt store skridt var neokortex. Det er en ny hjerne. Du havde brug for den. Pattedyrene havde brug for den fordi de skulle håndtere forældreskab, sociale interaktioner, komplekse kognitive funktioner.

Så man kan tænke på neokortex faktisk som nutidens ypperste løsning på universet som vi kender det. Den er højdepunktet, den er det endelige produkt som universet har frembragt. Den var så succesfuldt i evolutionen at fra mus til mand udvidede den sig omtrent tusinde gange hvad angår antallet af neuroner, for at frembringe dette næsten skræmmende organ, denne struktur. Og det er ikke stoppet på sin evolutionære rejse. Faktisk så er neokortex i den menneskelige hjerne ved at udvikle sig med en enorm hastighed.

Hvis man zoomer ind på overfladen af neokortex, opdager man at den består af små moduler, G5 processorer, som i en computer. Men der er omkring en million af dem. De var så succesfulde i evolutionen, at det vi gjorde, var at kopiere dem igen og igen, og føje flere og flere af dem til hjernen, indtil vi løb tør for plads inde i kraniet. Og hjernen begyndte at folde sig omkring sig selv, og det er grunden til at neokortex er så sammenfoldet. Vi propper simpelthen nye kolonner ind, sådan at vi kan få plads til flere neokortikale kolonner til at udføre mere komplekse funktioner.

Så man kan faktisk forestille sig neokortex som et kæmpestort flygel, et flygel med en million tangenter. Hver af disse neokortikale kolonner ville frembringe en tone. Du stimulerer den; den frembringer en symfoni. Men det er ikke kun en symfoni af perceptioner. Det er symfonien af dit univers, af din virkelighed. Nu tager det selvfølgelig årevis at lære hvordan man bemestrer et flygel med en million tangenter. Det er derfor du må sende dine børn til de gode skoler forhåbentlig en gang til Oxford. Men det er ikke kun uddannelse. Det er også genetik. Du kan være født heldig, eller du ved hvordan du bemestrer dine neokortikale kolonner. og du kan spille en fantastisk symfoni.

Faktisk er der en ny teori om autisme kaldet "teorien om den intense verden", som forslår at de neokortikale kolonner er superkolonner. De er højt reaktive og de er superplastiske, så derfor er autisterne formodentligt i stand til at bygge og lære sig en symfoni der er utænkelig for os andre. Men man må også forstå at hvis man har en sygdom i en af disse kolonner, vil tonen klinge falsk. Perceptionen, den symfoni du skaber, vil være beskadiget, og du vil have sygdomssymptomer.

Så den Hellige Gral for neurovidenskaben er virkeligt at forstå indretningen af den neokortikale kolonne - og det er ikke kun for neurovidenskabens skyld; det er måske at forstå perceptionen, at forstå virkeligheden, og måske endda også at forstå den fysiske virkelighed. Så hvad vi gjorde var, gennem de sidste 15 år, var at dissekere neokortex systematisk. Det er lidt som at tage ud for at katalogisere et stykke af regnskoven. Hvor mange træer er der? Hvilke former har træerne? Hvor mange af hver slags træ er der? Hvor er de placeret?

Men det er lidt mere end at katalogisere, for du er faktisk nødt til at beskrive og opdage alle reglerne for kommunikation, reglerne for tilslutningsmuligheder, for neuronerne kan ikke lide bare at tilslutte sig enhver anden neuron. De vælger meget omhyggeligt hvem de forbinder sig med. Det er også mere end at katalogisere fordi du faktisk er nødt til at bygge en tredimensionel digital model af dem. Og det har vi gjort for titusindevis af neuroner, bygget digitale modeller af alle de forskellige typer af neuroner som vi stødte på. Og når man først har det, kan man faktisk begynde at bygge den neokortikale kolonne.

Og her viser vi dem samtidigt, sammenviklede. Men mens man gør dette, ser man at grenene krydser hinanden faktisk millioner af steder, og ved hver af disse krydsninger kan de danne en synapse. Og en synaps er en kemisk lokation hvor de kommunikerer med hinanden. Og sammen danner disse synapser netværket eller hjernens kredsløb. Nu kan man også tænke på kredsløbet som hjernens stof. Og når du tænker på hjernens stof, strukturen, hvordan er det så bygget? Hvordan er mønstret i tæppet? Du indser at dette udgør en grundlæggende udfordring for enhver teori om hjernen, og specielt for en teori der siger at en eller anden virkelighed træder frem ud af dette tæppe, ud af dette specifikke tæppe med et bestemt mønster.

Grunden er at hjernens vigtigste konstruktionshemmelighed er forskelligartethed. Hver neuron er forskellig. Det er det samme i skoven. Hvert fyrretræ er forskelligt. Du kan godt have mange forskellige typer af træer, men hvert fyrretræ er stadig forskelligt. Og i hjernen er det det samme. Så der er ingen neuron i min hjerne der er identisk med en anden, og der er ingen neuron i min hjerne der er identisk med en i jeres. Og jeres neuroner vil ikke være drejet og placeret på helt samme måde. Og I kan have flere eller færre neuroner. Så det er meget usandsynligt at I har det samme stof, de samme kredsløb.

Så hvordan kan vi have skabt en virkelighed hvor vi overhovedet kan forstå hinanden? Tja, vi behøver ikke spekulere over det. Vi kan nu se på alle 10 millioner synapser. Vi kan se på stoffet. Og vi kan ændre neuroner. Vi kan bruge forskellige neuroner med forskellige variationer. Vi kan placere dem forskellige steder, dreje dem i forskellige retninger. Vi kan bruge færre eller flere af dem. Og når vi gør det opdager vi at kredsløbene ændres. Men at mønstret for hvordan kredsløbene sammensættes ikke ændres. Så hjernens stof uanset at din hjerne kan være mindre, eller større, og at den kan have andre typer af neuroner, andre morfologier af neuroner, så deler vi faktisk det samme stof. Og vi tror dette er arts-specifikt, hvilket betyder at det kunne forklare hvorfor vi ikke kan kommunikere på tværs af arter.

Så lad os tænde for den. Men for at gøre det må vi bringe den til live. Vi bringer den til live med ligninger, en masse matematik. Og faktisk blev de ligninger, der gør neuroner til elektriske genratorer, opdaget af to nobelprismodtagere fra Cambridge. Så vi har matematikken til at bringe neuronerne til live. Vi har også matematikken til at beskrive hvordan neuroner opsamler information, og hvordan de skaber et lillebitte lynglimt for at kommunikere med hinanden. Og når disse når til synapserne, er det de gør at de praktisk talt, bogstaveligt talt lammer synapsen. Det er ligesom et elektrisk stød der udløser kemikalierne fra disse synapser.

Og vi har matematikken til at beskrive processen. Så vi kan beskrive kommunikationen mellem neuronerne. Der er bogstaveligt talt kun en håndfuld af ligninger som kræves for at simulere aktiviteten i neokortex. Men der er stadig brug for en meget stor computer. Og faktisk er der brug for en bærbar til alle udregningerne for bare en enkelt neuron. Så der er brug for 10.000 bærbare. Så hvor går man hen? Man går til IBM, og man får en supercomputer, for de ved hvordan man tager 10.000 bærbare og bygger dem sammen til noget på størrelse med et køleskab. Så nu har vi denne Blue Gene supercomputer. Vi kan uploade alle neuronerne, hver til sin egen processer, og tænde for det og se hvad der sker. Tage en tur på det flyvende tæppe.

Her aktiverer vi det. Og det giver de første glimt af hvad der foregår i din hjerne når den stimuleres. Det er det første indblik. Når man ser det første gang, tænker man nok, "Min gud. Hvordan udspringer virkeligheden af dét der?" Men vi kan faktisk godt begynde, selv om vi ikke har optrænet denne neokortikale kolonne til at skabe en specifik virkelighed. Men vi kan spørge, "Hvor er rosen?" Vi kan spørge, "Hvor er den inden i..." "... hvis vi kan stimulere den med et billede?" Hvor er den inde i neokortex? I sidste ende bliver den nødt til at være der, hvis vi stimulerede det med den.

Så den måde, vi kan undersøge det på, er ved at ignorere neuronerne, ignorere synapserne, og kun se på den rå, elektriske aktivitet. For det er det, den skaber. Den skaber elektriske mønstre. Så da vi gjorde dette, så vi faktisk for allerførste gang disse spøgelsesagtige strukturer: elektriske objekter der kommer til syne indeni i den neokortikale kolonne. Og det er disse elektriske objekter der indeholder al informationen om hvad der end stimulerede dem. Og da vi så zoomede ind på dette, viser det sig som et veritabelt univers.

Så næste skridt er bare at tage disse hjerne-koordinater og projicere dem ind i et perceptuelt rum. Og hvis man gør det, vil man kunne træde ind i den virkelighed, der er blevet skabt af denne maskine, af dette stykke af hjernen. Så, for at opsummere, tror jeg at universet kan have - det er en mulighed - udviklet en hjerne til at se sig selv, hvilket kan være et første skridt i dets bevidstgørelse om sig selv. Der er meget mere at gøre for at teste disse teorier, og for at teste alle andre teorier. Men jeg håber, at I er ihvertfald delvist overbeviste om at det ikke er umuligt at bygge en hjerne. Vi kan gøre det indenfor 10 år, og hvis det nu lykkes, så sender vi, til TED om 10 år, et hologram der kan tale for jer. Tak. (Applaus)