Ο Χένρι Μάκραμ χτίζει έναν εγκέφαλο μέσα σ' έναν υπερυπολογιστή

Ο στόχος μας είναι να φτιάξουμε ένα λεπτομερές, ρεαλιστικό, μοντέλο του ανθρώπινου εγκέφαλου στον υπολογιστή. Έχουμε καταφέρει μέσα στα τέσσερα χρόνια που πέρασαν την απόδειξη της αρχικής ιδέας, σε ένα μικρό τμήμα του εγκεφάλου τρωκτικών, και με αυτή την απόδειξη επεκτείνουμε το έργο αυτό έως ότου φτάσουμε στον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Γιατί το κάνουμε αυτό; Για τρεις σημαντικούς λόγους. Πρώτον, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τον ανθρώπινο εγκέφαλο εάν θέλουμε να συνυπάρχουμε ως κοινωνία, και νομίζω ότι είναι ένα καίριο βήμα στην εξέλιξη. Δεύτερον, δεν μπορούμε να επιτελούμε πειράματα ες αεί σε ζώα, και πρέπει να ενσωματώσουμε όλα τα δεδομένα και τη γνώση μας, σε ένα μοντέλο που θα λειτουργεί. Είναι σαν την κιβωτό του Νώε. Δεν είναι απλά αρχειοθέτηση. Και τρίτον, έχουμε πλέον 2 δισεκατομμύρια κόσμο στον πλανήτη με νοητικές ασθένειες, και τα φάρμακα που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι κατά βάση εμπειρικά. Νομίζω ότι μπορούμε να βρούμε πολύ καλές λύσεις για το πώς να αντιμετωπίσουμε τις διαταραχές.

Τώρα, ακόμα και σ' αυτό το στάδιο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο του εγκεφάλου για να εξερευνήσουμε ορισμένες θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με τις λειτουργίες του εγκεφάλου. Και εδώ, στο TED, για πρώτη φορά, θέλω να μοιραστώ μαζί σας πώς διερευνούμε μια θεωρία -- γιατί υπάρχουν πολλές θεωρίες -- μια θεωρία για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος. Η θεωρία, λοιπόν, είναι ότι ο εγκέφαλος δημιουργεί, δομεί, μια έκδοση του σύμπαντος. Και προωθεί αυτή την έκδοση του σύμπαντος, σαν φούσκα τριγύρω μας.

Αυτό αποτελεί θέμα φιλοσοφικών διαμαχιών για αιώνες τώρα. Αλλά, για πρώτη φορά, μπορούμε να το διερευνήσουμε, με διέγερση του εγκεφάλου και να ρωτήσουμε πολύ συστηματικές και αυστηρές ερωτήσεις, για το εάν αυτή η θεωρία μπορεί να είναι αληθινή. Ο λόγος γιατί το φεγγάρι είναι τεράστιο στον ορίζονα είναι απλά ότι η φούσκα της αντίληψής μας δεν επεκτείνεται σε 380 χιλιάδες χιλιόμετρα. Δεν έχει τόσο χώρο. Και γιαυτό πρέπει κι εμείς να συγκρίνουμε τα κτίρια μέσα στο πεδίο αυτής της φούσκας της αντίληψής μας, και παίρνουμε αποφάσεις. Αποφασίζουμε αν κάτι είναι μεγάλο, ακόμα κι αν δεν είναι τόσο μεγάλο,

και αυτό μας δείχνει ότι οι αποφάσεις είναι το καίριο σημείο που υποστηρίζει αυτή τη φούσκα της αντίληψής μας. Την κρατάει ζωντανή. Χωρίς αποφάσεις δεν μπορείτε να δείτε, δεν μπορείτε να σκεφτείτε, δεν μπορείτε να αισθανθείτε. Και μπορεί να νομίζετε ότι τ' αναισθητικά λειτουργούν στέλνοντάς σας σε ένα βαθύ ύπνο, ή μπλοκάροντας τους δέκτες σας ώστε να μην νιώθετε πόνο, αλλά στην πραγματικότητα τα περισσότερα αναισθητικά δεν λειτουργούν έτσι. Αυτό που κάνουν είναι να εισαγάγουν έναν «θόρυβο» στον εγκέφαλο ώστε οι νευρώνες δεν μπορούν να καταλάβουν ο ένας τον άλλον. Μπερδεύονται, και δεν μπορείτε έτσι να καταλήξετε σε μια απόφαση. Έτσι λοιπόν, ενώ προσπαθείτε ν' αποφασίσετε, τι κάνει ο γιατρός ή ο χειρουργός ενώ εγχειρίζεστε, εκείνος έχει ήδη τελειώσει. Είναι ήδη σπίτι και πίνει τσάι. (Γέλια)

Έτσι λοιπόν, όταν φτάνετε σε μια πόρτα και την ανοίγετε, αυτό που καταναγκαστικά πρέπει να αντιληφθείτε είναι ν' αποφασίσετε, να πάρετε χιλιάδες αποφάσεις σχετικά με το μέγεθος του δωματίου, τον τοίχο, το ύψος του, τ' αντικείμενα στο δωμάτιο αυτό. Το 99 τοις εκατό όσων βλέπετε δεν το αντιλαμβάνεστε μέσα από τα μάτια. Είναι αυτά που συνάγετε για το δωμάτιο αυτό. Άρα μπορώ με αρκετή βεβαιότητα να πω «Σκέφτομαι, άρα υπάρχω.» Αλλά δεν μπορώ να πώ, «Σκέφτεσαι, άρα υπάρχεις.» γιατί «εσύ» είσαι μέσα σ΄ αυτή τη φούσκα της αντίληψής μου.

Θα μπορούσαμε να εικάσουμε και να φιλοσοφήσουμε πάνω σ' αυτό, αλλά αυτό δεν χρειάζεται για τα επόμενα εκατό χρόνια. Μπορούμε να ρωτήσουμε μια θεμελιώδη ερώτηση μόνο. «Μπορεί ο εγκέφαλος να δομήσει μια τέτοια αντίληψη;» Έχει αυτή τη δυνατότητα; Έχει την υποδομή για κάτι τέτοιο; Και αυτό ακριβώς θα σας περιγράψω σήμερα.

Πέρασαν 11 δισεκατομμύρια χρόνια για να χτίσει το σύμπαν τον εγκέφαλο. Έπρεπε να τον εξελίξει λίγο. Έπρεπε να προσθέσει το πρόσθιο τμήμα ώστε να έχει ένστικτα, γιατί έπρεπε ν' ανταπεξέρθει στην ξηρά. Αλλά το πραγματικά μεγάλο βήμα ήταν ο νεόφλοιος. Είναι ένας νέος εγκέφαλος. Ήταν αναγκαίος. Τα θηλαστικά τον χρειάζονταν γιατί έπρεπε ν' ανταπεξέρθουν με τις γονεϊκές υποχρεώσεις τους, τις κοινωνικές επαφές τους, τις σύνθετες γνωστικές λειτουργίες.

Άρα μπορείτε να θεωρείτε τον νεόφλοιο ως την ύψιστη λύση που σήμερα προσφέρει το σύμπαν όπως το γνωρίζουμε τώρα. Είναι η κορυφή, το τελικό προϊόν που έχει παραγάγει το σύμπαν. Ήταν τόσο επιτυχημένο στην εξέλιξη ώστε από το ποντίκι έως τον άνθρωπο επεκτάθηκε περίπου χίλιες φορές - μιλώντας πάντα για τον αριθμό των νευρώνων, ώστε να παραχθεί αυτό το τρομακτικό όργανο, η δομή του. Και δεν έχει ακόμα σταματήσει την εξελικτική του πορεία. Στην πραγματικότητα, ο νεόφλοιος στον ανθρώπινο εγκέφαλο εξελίσσεται με τρομακτική ταχύτητα.

Εάν μεγεθύνετε την επιφάνεια του νεόφλοιου, θα ανακαλύψετε ότι αποτελείται από μικρές μονάδες, επεξεργαστές τύπου G5, όπως οι υπολογιστές. Αλλά σε μας φτάνουν στο ένα εκατομμύριο. Ήταν τόσο επιτυχής στην εξέλιξη ώστε αυτό που κάναμε ήταν να τους αντιγράφουμε συνέχεια και να προσθέτουμε όλο και περισσότερους στον εγκέφαλό μας έως ότου δεν υπήρχε πλέον χώρος στο κεφάλι μας. Τότε ο εγκέφαλος άρχισε να αναδιπλώνεται, και γιαυτό ο νεόφλοιος είναι τόσο περίπλοκος. Στοιβάζουμε στήλες ώστε να έχουμε ολοένα και περισσότερες στήλες νεόφλοιου που θα εκτελούν ολοένα και πιο περίπλοκες λειτουργίες.

Μπορείτε να φανταστείτε τον νεόφλοιο στην πραγματικότητα ως ένα τεράστιο πιάνο, απ' αυτά με την ουρά, ένα πιάνο με ένα εκατομμύριο πλήκτρα. Κάθε μία από αυτές τις στήλες νεόφλοιου παραγάγουν μια νότα. Την ερεθίζετε - παραγάγει μια συμφωνία. Αλλά δεν πρόκειται απλά για μια συμφωνία της αντίληψης. Είναι μια συμφωνία του σύμπαντός σας, της πραγματικότητάς σας. Τώρα, φυσικά, παίρνει χρόνια να μάθει κανείς πώς να παίζει καλά ένα πιάνο μ' ένα εκατομμύριο πλήκτρα. Γιαυτό πρέπει να στέλνει κανείς τα παιδιά του σε καλά σχολεία, και σε πανεπιστήμια όπως αυτό της Οξφόρδης. Αλλά δεν πρόκειται μόνο για εκπαίδευση. Είναι και θέμα γενετικής. Μπορεί να γεννηθήκατε τυχεροί, ή να ξέρετε πώς να λειτουργείτε στο έπακρο τη στήλη του νεόφλοιού σας, και έτσι παίζετε μια υπέροχη συμφωνία.

Στην πραγματικότητα, υπάρχει μια νέα θεωρία για τον αυτισμό που ονομάζεται θεωρία του «έντονου κόσμου», που προτείνει ότι οι στήλες του νεόφλοιου είναι υπερστήλες. Έχουν υψηλό βαθμό αντίδρασης, είναι υπερ-ελαστικές, και γιαυτό τα άτομα με αυτισμό μπορούν να δομήσουν και να μάθουν μια συμφωνία που δεν μπορούμε καν να τη διανοηθούμε. Αλλά μπορείτε να καταλάβετε επίσης ότι εάν μια από αυτές τις στήλες ασθενεί, η νότα θα είναι παράφωνη. Η αντίληψη, η συμφωνία που δημιουργείς θα είναι παραμορφωμένη και θα έχει τα συμπτώματα της ασθένειας.

Έτσι λοιπόν, ο απώτατος στόχος για τις νευροεπιστήμες είναι να κατανοήσουμε το σχέδιο της στήλης του νεόφλοιου -- και αυτός ο σκοπός δεν είναι αποκλειστικά για τις νευροεπιστήμες. Ο στόχος είναι, ίσως, να κατανοήσουμε την αντίληψη, να καταλάβουμε την πραγματικότητα, και ίσως ακόμα και να κατανοήσουμε την απτή πραγματικότητα. Έτσι λοιπόν αυτό που κάναμε, τα τελευταία 15 χρόνια, ήταν να ανατέμνουμε συστηματικά τον νεόφλοιο. Είναι σαν να πηγαίνεις σ' ένα τροπικό δάσος και να χαρτογραφείς ένα κομμάτι του. Πόσα δέντρα έχει; Τι σχήματα έχουν τα δέντρα; Πόσα δέντρα έχει από κάθε τύπο; Πού βρίσκονταν;

Αλλά είναι κάτι παραπάνω από μια απλή χαρτογράφηση γιατί πρέπει να περιγράψεις και ν' ανακαλύψεις όλους τους κανόνες επικοινωνίας, τους κανόνες διασύνδεσης, επειδή οι νευρώνες δεν συνδέονται με οποιονδήποτε άλλο νεύρωνα. Επιλέγουν προσεκτικά με ποιον συνδέονται. Είναι επίσης κάτι παραπάνω από χαρτογράφηση γιατί πρέπει να δομήσει κανείς ένα τρισδιάστατο ψηφιακό μοντέλο. Και το κάναμε αυτό για δεκάδες χιλιάδες νεύρωνες, δομήσαμε ψηφιακά μοντέλα για κάθε διαφορετικό τύπο νευρώνων που συναντήσαμε. Και όταν τελειώσει κανείς αυτό τότε μπορεί πραγματικά να ξεκινήσει τη δόμηση της στήλης του νεόφλοιου.

Και εδώ τις δομήσαμε σε σπείρα. Αλλά καθώς γίνεται αυτό, θα δείτε ότι οι διακλαδώσεις διασταυρώνονται σε εκατομμύρια θέσεις. Σε κάθε μία από αυτές τις διακλαδώσεις φτιάχνουν συνάψεις. Μια σύναψη είναι μια χημική θέση όπου ένας νευρώνας επικοινωνεί με τον άλλο. Και αυτές οι συνάψεις μαζί δημιουργούν το δίκτυο ή το κύκλωμα του εγκεφάλου. Αυτό το κύκλωμα θα μπορούσε να νοηθεί ως το υλικό υφής του εγκεφάλου. Όταν λοιπόν σκέφτεστε το υλικό υφής του εγκεφάλου, τη δομή, πώς είναι δομημένη; Ποιο είναι το σχέδιο σ' αυτό το χαλί; Καταλαβαίνετε ότι αυτό θέτει μια θεμελιώδη πρόκληση σε οποιαδήποτε θεωρία για τον εγκέφαλο και ειδικότερα σε μια θεωρία που υποστηρίζει ότι υπάρχει μια πραγματικότητα που αναδύεται από αυτό το χαλί, από αυτό το συγκεκριμένο χαλί με ένα συγκεκριμένο σχέδιο.

Ο λόγος είναι γιατί το πιο σημαντικό μυστικό του εγκέφαλου για τον σχεδιασμό είναι η ποικιλία. Κάθε νευρώνας είναι διαφορετικός. Είναι το ίδιο όπως στα δάση. Κάθε πεύκο είναι διαφορετικό. Μπορεί να έχει πολλούς διαφορετικούς τύπους δέντρων, αλλά κάθε πεύκο είναι διαφορετικό. Το ίδιο και στον εγκέφαλο. Έτσι, λοιπόν, δεν υπάρχει ούτε ένας νευρώνας στον εγκέφαλο που να 'ναι ίδιος με άλλον, και δεν υπάρχει νεύρωνας στον εγκέφαλό μου που να 'ναι ίδιος με έναν δικό σας. Οι νευρώνες σας δεν πρόκειται να προσανατολιστούν και να τοποθετηθούν με ακριβώς πανομοιότυπο τρόπο. Μπορεί να έχετε επίσης λιγότερους ή περισσότερους νευρώνες. Γιαυτό είναι απίθανο να έχετε το ίδιο υλικό υφής, την ίδια δομή κυκλώματος.

Άρα, πώς θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε μια πραγματικότητα μέσα στην οποία θα αλληλοκατανοούμαστε; Για αυτό δεν χρειάζεται να κάνουμε υποθέσεις. Μπορούμε να κοιτάξουμε και στα 10 εκατομμύρια συνάψεις τώρα. Μπορούμε να κοιτάξουμε το υλικό υφής. Μπορούμε ν' αλλάξουμε νευρώνες. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε διαφορετικούς νευρώνες με διαφορετικές ποικιλίες. Μπορούμε να τους τοποθετήσουμε σε διαφορετικές θέσεις, να τους προσανατολίσουμε σε διαφορετικές θέσεις. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε περισσότερους ή λιγότερους νευρώνες. Και όταν το κάναμε αυτό ανακαλύψαμε είναι ότι το κύκλωμα όντως αλλάζει. Αλλά το σχέδιο τού πώς το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί δεν αλλάζει. Άρα, το υλικό υφής του εγκεφάλου, ακόμα κι αν ο εγκέφαλός σας είναι μικρότερος ή μεγαλύτερος μπορεί να έχει διαφορετικούς τύπους νευρώνων, διαφορετικές μορφολογίες νευρώνων, αλλά στην πραγματικότητα μοιραζόμαστε το ίδιο υλικό υφής. Και νομίζουμε ότι αποτελεί ιδιαιτερότητα του είδους μας που σημαίνει ότι αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί δεν μπορούμε να επικοινωνήσουμε με άλλα είδη.

Ας το ενεργοποιήσουμε λοιπόν. Αλλά για να το κάνουμε αυτό, θα πρέπει να του δώσουμε ζωή. Του δίνουμε ζωή με εξισώσεις, με πολλά μαθηματικά. Και, στην πραγματικότητα, οι εξισώσεις που μετατρέπουν τους νευρώνες σε ηλεκτρικές γεννήτριες ανακαλύφθηκαν από δύο νικητές του Νόμπελ από το Κέμπριτζ. Άρα έχουμε τη μαθηματική ικανότητα να φέρουμε στη ζωή τους νευρώνες. Έχουμε επίσης και τη μαθηματική ικανότητα να περιγράψουμε πώς οι νευρώνες συλλέγουν τις πληροφορίες και πώς δημιουργούν ένα μικρό κεραυνό ώστε να επικοινωνούν μεταξύ τους. Και όταν φτάνουν στη σύναψη, αυτό που κάνουν είναι να κάνουν αποτελεσματικά ένα σοκ στη σύναψη. Είναι σαν ένα ηλεκτροσόκ που απελευθερώνει τα χημικά από αυτές τις συνάψεις.

Και έχουμε τη μαθηματική ικανότητα να περιγράψουμε αυτή τη διαδικασία. Άρα μπορούμε να περιγράψουμε την επικοινωνία ανάμεσα στους νευρώνες. Υπάρχουν στην πραγματικότητα λίγες εξισώσεις που χρειάζονται για την εξομοίωση της δραστηριότητας του νεόφλοιου. Αλλά αυτό που χρειάζεται είναι ένας πολύ μεγάλος υπολογιστής. Στην πραγματικότητα χρειάζεται ένα λάπτοπ για να κάνει όλους τους υπολογισμούς για ένα μόνο νευρώνα. Άρα χρειάζονται 10 χιλιάδες λάπτοπ. Πού θα πηγαίναμε για κάτι τέτοιο; Στην ΙΒΜ για να πάρουμε έναν υπερ-υπολογιστή, επειδή εκείνοι ξέρουν πώς να πάρουν 10 χιλιάδες λάπτοπ και να τα φτιάξουν στο μέγεθος ενός ψυγείου. Άρα τώρα έχουμε αυτό τον μεγάλο υπερ-υπολογιστή Blue Gene Μπορούμε να φορτώσουμε όλους τους νευρώνες, καθένα με τον δικό του επεξεργαστή, και να τον ενεργοποιήσουμε για να δούμε τι θα γίνει. Να πάμε βόλτα μ' αυτό το μαγικό χαλί.

Κι ορίστε πώς το ενεργοποιούμε. Αυτό μας δίνει μια πρώτη ματιά στο τι γίνεται στον εγκέφαλό σας όταν υπάρχει ερεθισμός. Είναι η πρώτη όψη. Τώρα όταν κοιτάτε για πρώτη φορά, θα σκεφτόσασταν «Θεέ μου. Πώς βγαίνει η πραγματικότητα από αυτό;» Αλλά στην πραγματικότητα μπορείτε να ξεκινήσετε ακόμα και αν δεν έχετε εκπαιδεύσει αυτή τη στήλη νεόφλοιου για να δημιουργήσει μια συγκεκριμένη πραγματικότητα. Αλλά μπορούμε να ρωτήσουμε «Πού είναι τα τριαντάφυλλα;» Μπορούμε να ρωτήσουμε «Πού βρίσκονται μέσα, εάν το ερεθίσουμε με μια εικόνα;» Βρίσκεται μέσα στον νεόφλοιο; Στο τέλος πρέπει να βρίσκεται εκεί εφόσον το ερεθίσαμε με αυτό.

Άρα η μέθοδος με την οποία πρέπει να το δούμε είναι αγνοώντας τους νευρώνες, αγνοώντας τις συνάψεις, και να δούμε την καθαυτό ηλεκτρική δραστηριότητα. Επειδή αυτό είναι τι δημιουργείται. Δημιουργεί ηλεκτρικά σχέδια. Και όταν το κάνουμε αυτό, ίσως για πρώτη φορά, είδαμε αυτές τις δομές που μοιάζουν με φαντάσματα: ηλεκτρικά αντικείμενα να εμφανίζονται μέσα στη στήλη νεόφλοιου. Και αυτά τα ηλεκτρικά αντικείμενα κρατάνε όλες τις πληροφορίες σχετικά με το τι τα ερέθισε. Και όταν το μεγεθύνουμε αυτό, είναι ένα πραγματικό σύμπαν.

Άρα το επόμενο βήμα είναι να πάρουμε αυτές τις συντεταγμένες εγκεφάλου και να τις προωθήσουμε στον χώρο της αντίληψής μας. Και αν το κάνετε αυτό, θα μπορείτε να μπείτε μέσα στην πραγματικότητα που δημιουργήθηκε από αυτή τη μηχανή, από αυτό το κομμάτι του εγκεφάλου. Άρα, συνοπτικά, νομίζω ότι το σύμπαν μπορεί -- είναι δυνατόν -- να εξέλιξε τον εγκέφαλο για να δεί από μόνο του τον εαυτό του, πράγμα που είναι το πρώτο βήμα στην αυτό-συνείδησή του. Υπάρχουν ακόμα περισσότερα που πρέπει να εξετάσουμε για αυτές τις θεωρίες, και να εξετάσουμε και άλλες θεωρίες. Αλλά ελπίζω ότι έχετε ήδη μερικώς πειστεί ότι είναι αδύνατον να χτίσουμε έναν εγκέφαλο. Μπορεί να το κάνουμε μέσα σε 10 χρόνια, και αν το πετύχουμε, θα στείλουμε στο TED, σε δέκα χρόνια, ένα ολόγραμμα να σας μιλήσει. Σας ευχαριστώ. (Χειροκροτήματα)