Henry Markram baut ein Gehirn in einem Super-Computer

Unsere Mission ist es, ein detailiertes und realistisches Computermodell des menschlichen Hirns zu bauen. Und in den letzten vier Jahren haben wir die Durchführbarkeit in einem kleinen Teil des Hirnes bei Nagetieren nachgewiesen, und mit diesem Machbarkeitsnachweis wollen wir das Projekt auf das menschliche Gehirn ausweiten.

Warum wir das machen? Es gibt drei wichtige Gründe. Zum Ersten, es ist unerlässlich das menschliche Gehirn zu verstehen, wenn wir als Gesellschaft zurechtkommen wollen, und ich denke das ist ein wichtiger Schritt in Evolution. Zum Zweiten, wir können Tierversuche nicht ewig durchführen, und wir müssen all unsere Daten und all unser Wissen in ein funktionierendes Modell einbauen. Es ist wie Noah's Arche. Es ist wie ein Archiv. Der dritte Grund ist, dass es zwei Billionen Leute auf diesem Planeten gibt, die an einer psychischen Störung leiden, und die Medikamente die heutzutage verwendet werden, basieren grösstenteils auf Erhebungen. Ich denke, wir können ganz konkrete Lösungen schaffen, wie Störungen zu behandeln sind.

Nun, sogar in diesem Stadium, lässt sich das Hirn Modell dazu verwenden fundamentale Fragen zu beantworten, wie das Gehirn funktioniert. Und hier, bei TED, zum ersten Mal möchte ich euch mitteilen wie wir eine Theorie -- es gibt viele Theorien -- addressieren, eine Theorie, wie das Gehirn funktioniert. Nun, diese Theorie besagt, dass das Gehirn eine Version des Universum kreiert, erbaut. Und diese Version des Universums projiziert es, wie eine Seifenblase, um uns herum.

Natürlich ist das eine philosophische Debatte für Jahrhunderte. Aber zum ersten Mal können wir dies mit Gehirnsimulation wirklich addressieren, und sehr systematische und rigorose Fragen stellen, ob diese Theorie möglicherweise wahr sein könnte. Der Grund, warum der Mond so gross am Horizont erscheint, ist schlichtwegs dass unsere Wahrnehmungs Seifenblase sich nicht auf 380,000 Kilometer ausweitet. Ihr geht der Platz aus. Was wir also machen, ist die Strukturen in unserer Wahrnehmungs Seifenblase zu vergleichen, und wir treffen eine Entscheidung. Wir entscheiden, dass er gross ist, obwohl er nicht so gross ist,

und was das illustriert, ist, dass unsere Entscheidungen das Fundament sind, die unsere Wahrnehmungs Seifenblase unterstützen. Sie halten sie am Leben. Ohne Entscheidungen kannst du nicht sehen, kannst du nicht denken, kannst du nicht fühlen. Und du magst denken, dass Betäubungsmittel dadurch funktionieren, dass du in Tiefschlaf versetzt wirst, oder dass deine Rezeptoren geblockt werden, damit du keinen Schmerz fühlst, aber tatsächlich funktionieren die meisten Betäubungsmittel nicht so. Was sie machen ist, ein Störsignal in das Hirn zu senden, so dass Neuronen einander nicht mehr verstehen können. Sie sind verwirrt, und du kannst keine Entscheidung treffen. Während du versuchst zu begreifen, was der Doktor, Chirurg macht, während er sich an deinem Körper zu schaffen macht, ist er bereits weg. Er ist zuhause und trinkt Tee. (Gelächter)

Also, wenn du auf eine Türe zugehst, und sie öffnest, musst du zwingendermassen, um wahrzunehmen zu können, Entscheidungen treffen, tausende Entscheidungen über die Grösse des Raumes, die Wand, die Höhe, die Objekte in dem Raum. 99 Prozent von dem was du siehst kommt nicht durch das Auge. Es basiert auf deiner Schlussfolgerung vom Raum. Also kann ich mit gewisser Sicherheit sagen, dass "Ich denke, also bin ich." Aber ich kann nicht sagen, "Du bist, also bist du," weil "du" existierst innerhalb meiner Wahrnehmungs Seifenblase.

Nun, wir können darüber spekulieren und philosophieren, aber das müssen wir für die nächsten hundert Jahre eigentlich nicht. Wir können eine sehr konkrete Frage stellen. "Kann das Gehirn eine solche Wahrnehmung kreieren?" "Ist es imstande das zu tun?" "Hat es die Fähigkeit das zu tun?" Und das ist was ich euch heute beschreiben werde.

Das Universum brauchte 11 Billionen Jahre um das Gehirn zu erschaffen. Es musste sich etwas verbessern. Es musste den vorderen Teil hinzufügen, damit man Instinkte hat, weil man auf dem Land zurechtkommen mussten. Der wirklich grosse Schritt war der Neocortex. Es war ein neues Gehirn. Man hat es gebraucht. Säugetiere brauchten es, weil sie Elternschaft bewältigen mussten, soziale Interaktionen, komplexe kognitive Funktionen.

Entsprechend kann man sich den Neocortex als die ultimative Lösung des uns bekannten Universums vorstellen. Es ist der Höhepunkt, das Endprodukt, dass das Universum produziert hat. Es war so erfolgreich in Evolution, dass es sich von der Maus zum Mensch um ein Tausendfaches ausweitete, was die Nummern von Neuronen angeht, und dieses fast furchterregende Organ, diese Struktur entwickelte. Und die Entwicklung stoppt damit nicht. Tatsächlich entwickelt sich der Neocortex im menschlichen Hirn mit enormer Geschwindigkeit.

Wenn man die Oberfläche des Neocortex näher beobachtet, entdreckt man, dass es aus lauter kleinen Komponenten besteht. G5 Prozessoren, wie in einem Computer. Aber hier befinden sich ungefähr eine Million davon. Sie waren so erfolgreich in ihrer Entwicklung, dass wir sie dupliziert haben, immer und immer wieder, und sie dem Gehirn hinzugefügt haben bis wir keinen Platz mehr im Schädel hatten. Das Gehirn fing an sich zu falten, weshalb der Neocortex so verschachtelt ist. Wir packen sie nur in Säulen, so dass wir mehr neokortikalen Säulen besitzen, um komplexere Funktionen durchzuführen.

Entsprechend kann man sich den Neocortex als einen grossen Flügel, ein Millionen-tastigen Flügel vorstellen. Jede dieser neokortikalen Säulen würde eine Note produzieren. Man stimuliert es; es kreiert eine Symphonie. Aber es ist nicht nur eine Symphonie der Wahrnehmung. Es ist die Symphonie eines Universums, deiner Realität. Nun, natürlich dauert es Jahre zu lernen, wie man einen Flügel mit Millionen Tasten meistert. Das ist der Grund warum man seine Kinder an gute Schulen schickt, hoffentlich schlussendlich nach Oxford. Aber es kommt nicht nur auf die Bildung darauf an. Auch auf die Genetik. Man mag mit Glück geboren sein, oder wissen, wie man seine neokortikale Säule meistern kann, und kann eine fantastische Symphonie spielen.

Tatsächlich gibt es eine neue Theorie über Autismus, auch die "Intense World" Theorie genannt, welche suggeriert, dass die neokortikalen Säulen, Super-Säulen sind. Sie sind höchst reaktiv und äusserst formbar, und so haben Autisten möglicherweise die Fähigkeit Symphonien zu erbauen und zu lernen, welche für uns undenkbar sind. Aber man kann auch verstehen, dass wenn sich eine Krankheit innerhalb dieser Säulen befindet, die Noten falsch sein werden. Die Wahrnehmung, die Symphonie die man kreiert, wird verfälscht, und man weist Symptome einer Krankheit auf.

Deshalb ist der Heilige Gral der Neurowissenschaft, das Design der neokortikalen Säulen wirklich zu verstehen -- und dies nicht nur für die Neurowissenschaft; vielleicht ermöglicht es Wahrnehmung und die Realität zu verstehen, und vielleicht sogar eine physikalische Realität. So, was wir für die letzten 15 Jahre gemacht haben, war es, den Neocortex systematisch zerlegen. Es ist ähnlich wie ein Stück des Regenwaldes zu katalogisieren. Wieviele Bäume gibt es? Welche Form haben die Bäume? Wieviele pro Typus Baum gibt es? Wo sind sie positioniert?

Es ist ein bisschen mehr als Katalogisieren, da man eigentlich alle Regeln der Kommunikation beschreiben und entdecken muss, die Regeln der Konnektivität, weil die Neuronen nicht nur mit irgendeinem Neuron verknüpfen wollen. Sie wählen sehr sorgfältig aus, mit wem sie sich verknüpfen. Es ist auch mehr als Katalogisieren, weil man ein drei-dimensionales digitales Modell von ihnen bauen muss. Und das machten wir für Tausende von Neuronen, bauten digitale Modelle für alle verschiedenen Typen von Neuronen welche wir antrafen. Und sobald man das hat, kann man beginnen eine neokortikale Kolumne zu kreieren.

Und hier wickeln wir sie auf. Aber während man das macht, sieht man, dass die Äste sich in Millionen von Orten überschneiden, und an jeder dieser Überschneidung können sie eine Synapse formen. Und eine Synapse ist ein chemischer Ort an welchem sie miteinander kommunizieren. Und diese Synapsen miteinander vom Netzwerk oder Schaltkreis des Hirns. Nun, diesen Schaltkreis kann man sich auch als als Gewebe des Hirns vorstellen. Und wenn man sich das Gewebe des Hirns vorstellt, die Struktur, wie ist es gebaut? Was ist das Muster des "Teppichs"? Man realisiert, dass dies eine fundamentale Herausforderung an jede Theorie des Hirns ist, und insbesondere an eine Theorie die besagt, dass eine Art Realität aus diesem "Teppich" hervorgeht, aus diesem bestimmten "Teppich" mit einem bestimmten Muster.

Der Grund ist, weil das wichtigste Design Geheimnis des Hirns Vielfältigkeit ist. Jedes Neuron ist verschieden. Es ist das gleiche wie in einem Wald. Jede Kiefer ist anders. Man hat vielleicht viele verschiedene Arten von Bäumen, aber jede Kiefer ist anders. Und im Gehirn ist es das gleiche. Also ist kein Neuron in meinem Gehirn gleich wie ein weiteres, und es es gibt kein Neuron in meinem Hirn, dass gleich ist wie in eurem. Und eure Neuronen sind nicht in exakt gleicher Weise auf genau gleiche Art und Weise orientiert und positioniert. Und ihr habt möglicherweise mehr oder weniger Neuronen. Entsprechend ist sehr unwahrscheinlich, dass ihr das gleiche Gewebe habt, die gleichen Schaltkreise.

Nun, wie könnten wir möglicherweise eine Realität kreieren, so dass wir einander verstehen können? Wir müssen nicht spekulieren. Wir können nun 10 Millionen Synapsen betrachten. Wir können das Gewebe betrachten. Und wir können Neuronen verändern. Wir können verschiedene Neuronen mit verschiedenen Variationen verwenden. Wir können sie in verschiedenen Orten platzieren, in verschiedenen Orten orientieren. Wir können mehr von ihnen verwenden, oder weniger. Und wenn wir das machen, was wir entdeckt haben, ist, dass der Schaltkreis sich verändert. Aber das Muster wie die Schaltkreise gestaltet sind, nicht. Also, das Gewebe des Hirns, auch wenn eure Gehirne ein bisschen kleiner, grösser sind, vielleicht haben sie andere Arten von Neuronen, andere Morphologien von Neuronen, tatsächlich teilen wir das gleiche Gewebe. Und wir denken dass dies Spezien-spezifisch ist, was heisst, dass wir auch erklären könnten, warum wir nicht über Spezies hinweg kommunizieren können.

Nun, schalten wir es ein. Aber um das zu tun, was man machen muss, ist es, dies zum Leben zu erwecken. Wir erwecken es zum Leben mit Gleichungen und viel Mathematik. Und diese Gleichungen, die Neuronen in elektrische Generatoren verwandeln, wurden von zwei Cambridge Nobel Preisträgern entdeckt. Nun, wir haben die Mathematik um die Neuronen zum Leben zu erwecken. Wir haben auch die Mathematik um zu beschreiben, wie Neuronen Informationen sammeln, und wie sie kleine Blitze generieren, um miteinander zu kommunizieren. Und wenn sie zur Synapse gelangen, was sie sehr effektiv machen, ist es, im wahrsten Sinne des Wortes, die Synapse zu schocken. Es ist wie ein elektrischer Schock, welcher Chemikalien von der Synapse freigibt.

Und wir haben die Mathematik um diesen Prozess zu beschreiben. Und so können wir die Kommunikation zwischen den Neuronen beschreiben. Es gibt buchstäblich nur eine Handvoll Gleichungen die benötigt werden, um die Aktivität des Neocortex zu simulieren. Aber was man braucht, ist ein sehr grosser Computer. In der Tat braucht man einen Laptop, der alle Berechnungen für nur ein Neuron durchführt. Entsprechend braucht man 10,000 Laptops. Wohin geht man dann? Man geht zu IBM, und man bekommt einen Super-Computer, weil sie wissen wie man 10,000 Laptops in die Grösse eines Kühlschranks verwandeln kann. Nun haben wir diesen "Blue Gene" Super-Computer. Wir können all diese Neuronen hochladen, jedes Einzelne in seinen eigenen Prozessor, es aktivieren, und beobachten, was passiert. Eine Runde mit dem "magischen Teppich" drehen.

Hier aktivieren wir es. Und das gibt uns einen flüchtigen Eindruck davon, was in eurem Hirn vor sich geht wenn eine Stimulation erfolgt. Das ist die erste Betrachtung. Nun, wenn man das das erste Mal sieht, fragt man sich, "Oh mein Gott. Wie kann aus dem Realität hervorkommen?" Aber, tatsächlich, kann man anfangen, obwohl wir diese neokortikale Kolumne nicht trainiert haben, eine spezifische Realität zu kreieren. Aber wir können fragen, "Wo ist die Rose?" Wir können fragen, "Wo befindet sie sich, wenn wir ihn mit einem Bild stimulieren?" Wo ist sie innerhalb des Neocortex? Schlussendlich muss sie dort sein, wenn wir ihn damit stimuliert haben.

Die Art und Weise wie wir das betrachten können, ist es, die Neuronen zu ignorieren, die Synapsen zu ignorieren, und nur die raue elektrische Aktivität zu betrachten. Weil das ist, was wir kreieren. Es ist das Kreieren elektrischer Muster. Wenn wir dies machen, haben wir in der Tat, zum ersten Mal diese Geist-ähnlichen Strukturen gesehen: elektrische Objekte, welche innerhalb der neokortikalen Kolumne erscheinen. Und es sind diese elektrischen Objekte, die all die Informationen über die entsprechenden Stimuli beinhalten. Und wenn wir näher reinzommen, ist es wie ein wahrhaftes Universum.

Der nächste Schritt ist es, diese Hirn Koordinaten zu nehmen, und sie in wahrnehmbaren Raum zu projizieren. Und wenn man das macht, wird es möglich sein, in eine Realität zu schreiten, die von dieser Maschine, diesem Stück Hirn kreiert wurde. So, zusammenfassend, Ich denke, dass dieses Universum möglicherweise -- es ist möglich -- ein Gehirn entwickelt hat, um sich selber zu betrachten, was vielleicht ein erster Schritt ist, um sich selber wahrzunehmen. Es gibt noch viel zu tun, um diese Theorien zu testen, und andere Theorien zu testen. Aber ich hoffe, dass ihr zumindest teilweise davon überzeugt seid, dass es nicht unmöglich ist, ein Gehirn zu bauen. Wir können es innert 10 Jahre erreichen, und wenn wir Erfolg haben, werden wir in 10 Jahren, ein Hologramm zu TED schicken, um mit euch zu reden. Danke. (Applaus)