Henry Markram construit un cerveau dans un superordinateur

Notre mission est de construire de façon détaillée et réaliste, un modèle informatique du cerveau humain. Nous avons déjà réalisé, depuis 4 ans, une démonstration de faisabilité sur une petite partie d'un cerveau de rongeur et, avec cette démonstration de faisabilité, nous faisons une mise en échelle pour atteindre le cerveau humain.

Pourquoi faisons-nous cela ? Il y a 3 raisons importantes. La première est qu'il est essentiel pour nous de comprendre le cerveau humain si nous voulons cohabiter harmonieusement en société, et je crois qu'il s'agit d'une étape clé de l'évolution. La deuxième raison est que nous ne pouvons pas continuer à expérimenter sur des animaux éternellement. Nous devons donc réunir toutes nos données et toute notre connaissance dans un modèle fonctionnel. C'est comme l'Arche de Noé. C'est une sorte d'archive. La troisième raison, c'est qu'il y a deux milliards de personnes sur la planète qui sont atteintes d'un trouble mental et que les drogues que nous utilisons présentement sont en grande partie empiriques. Je crois qu'on peut en arriver à des solutions très concrètes sur comment traiter ces troubles.

Présentement, nous pouvons déjà utiliser le modèle du cerveau pour explorer des questions fondamentales sur le fonctionnement du cerveau. Et ici, chez TED, pour la première fois, j'aimerais partager avec vous notre approche d'une théorie -- et il y a plusieurs théories -- sur comment fonctionne le cerveau. Alors, cette théorie stipule que le cerveau crée, construit, une version de l'Univers. Et projette cette version de l'Univers, comme une bulle, tout autour de nous.

Il s'agit évidemment d'un sujet de débat philosophique depuis des siècles. Mais, pour la première fois, nous pouvons aborder ceci avec une simulation du cerveau et poser des questions rigoureuses et systématiques, à savoir si cette théorie peut s'avérer vraie. La raison pour laquelle la Lune apparaît immense sur l'horizon, c'est simplement que notre bulle perceptive ne s'étend pas jusqu'à 380 000 kilomètres. Elle manque d'espace. Ce que nous faisons, c'est que nous comparons les édifices situés à l'intérieur de notre bulle perceptive, et nous prenons une décision. Nous décidons qu'elle est aussi grosse, même si elle n'est pas aussi grosse,

et ce que ceci illustre que les décisions sont les éléments clés qui supportent notre bulle perceptive. Ça la garde en vie. Sans décisions vous ne pouvez voir, vous ne pouvez penser, vous ne pouvez ressentir. Et vous pouvez penser que les anesthésiques fonctionnent en vous plongeant dans une sorte de sommeil profond, ou en bloquant vos récepteurs pour empêcher de sentir la douleur mais en fait la plupart des anesthésiques ne fonctionnent pas de cette façon. Ce qu'ils font c'est introduire un bruit dans le cerveau, empêchant les neurones de se comprendre. Ils sont déroutés et vous ne pouvez plus prendre une décision. De sorte que, pendant que vous êtes en train de vous faire une idée de ce que le médecin, le chirurgien, est en train de faire alors qu'il entaille votre corps, il vagabonde ailleurs. Il est chez lui en train de prendre le thé. (Rires)

Ainsi, lorsque vous marchez vers une porte et que vous l'ouvrez, ce que vous faites de façon irrépressible afin de percevoir, c'est de prendre des décisions, des milliers de décisions sur les dimensions de la pièce, le mur, la hauteur, les objets dans cette pièce. 99% de ce que vous voyez n'est pas ce qui traverse vos yeux. C'est ce que vous déduisez par inférence au sujet de cette pièce. De sorte que je puis dire, avec une certaine certitude, "Je pense donc je suis." mais je ne puis pas dire "Vous pensez, donc vous êtes" parce que vous êtes à l'intérieur de ma bulle perceptive.

Bien sûr, nous pourrions spéculer et philosopher là-dessus, durant les100 prochaines années, mais nous n'y sommes pas obligés. Nous pouvons poser une question bien concrète. Le cerveau peut-il construire une telle perception ? Est-il capable de faire cela ? Possède-t-il la matière pour faire cela ? Et c'est ce que je vais vous décrire aujourd'hui.

Ca a pris à l'univers 11 milliards d'années pour construire le cerveau. Il a fallu l'améliorer un peu. Il a fallu ajouter la partie frontale, nous permettant d'avoir des instincts car il fallait faire face aux situations sur la terre ferme. Mais la vraie grande avancée fut le néocortex. C'est un nouveau cerveau. Vous en aviez besoin. Les mammifères en avaient besoin parce qu'ils devaient s'occuper d'être parents, d'interactions sociales, de fonctions cognitives complexes.

De sorte que vous pouvez penser au néocortex comme étant l'ultime solution aujourd'hui de l'univers tel que nous le connaissons. C'est le pinacle, c'est la production finale que l'univers a produit. Il a si bien réussi dans l'évolution que, de la souris à l'homme, il s'est agrandi environ mille fois en termes de nombre de neurones, pour produire ce quasiment effrayant organe, cette structure. Il n'a pas arrêté sa trajectoire évolutive. En fait, le néocortex du cerveau humain évolue à une immense vitesse.

Si vous zoomez à la surface du néocortex, vous découvrez qu'il est fait de petits modules, des processeurs G5, comme dans un ordinateur. Mais il y a environ un million de ces processeurs. Ils ont eu tellement de succès dans l'évolution que nous nous sommes mis à les dupliquer maintes et maintes fois et à en ajouter de plus en plus au cerveau jusqu'à ce que nous épuisions l'espace dans le crâne. Le cerveau a commencé à se replier sur lui-même, et c'est pourquoi le néocortex est si hautement tarabiscoté. Nous ne faisons qu'empiler des colonnes de façon à avoir encore plus de colonnes néocorticales afin d'exécuter des fonctions plus complexes.

De sorte que vous pouvez penser au néocortex comme étant un énorme piano à queue, un piano à queue ayant un million de touches. Chacune de ces colonnes néocorticales produirait une note. Vous le stimulez ; il produit une symphonie. Mais il ne s'agit pas seulement d'une symphonie de perception. C'est une symphonie de votre univers, c'est votre réalité. Mais, bien sûr, cela prend des années pour apprendre à maîtriser un piano à queue d'un million de touches. C'est pourquoi vous devez envoyer vos enfants à de bonnes écoles, espérant finalement Oxford. Mais il ne s'agit pas seulement d'éducation. Il y a aussi de la génétique. Vous pouvez être né chanceux, ou vous savez comment maîtriser votre colonne néocorticale, et vous savez comment jouer une symphonie fantastique.

En fait, il y a une nouvelle théorie de l'autisme nommée la théorie du "monde intense", qui suggère que les colonnes néocorticales sont des supercolonnes. Elles sont hautement réactives, et elles sont super-plastiques, de sorte que les autistes sont probablement capables de construire et d'apprendre une symphonie qui serait impensable pour nous. Vous pouvez aussi comprendre que si vous avez une maladie à l'intérieur d'une de ces colonnes, que la note sonnera faux. La perception, la symphonie que vous créez sera donc corrompue et vous manifesterez des symptômes de maladies.

Ainsi, le Saint-Graal de la neuroscience est vraiment de comprendre le design de la colonne néocorticale -- et ce n'est pas seulement pour les neurosciences ; c'est peut-être pour comprendre la perception, pour comprendre la réalité, et peut-être même aussi pour comprendre la réalité physique. Bref, ce que nous avons fait, durant les dernières 15 années, fut de disséquer le néocortex, systématiquement. C'est un peu comme si on allait cataloguer une partie de la forêt tropicale. Combien d'arbres y a-t-il ? Quelles formes ont ces arbres ? Combien de chaque type d'arbres avons-nous ? Où sont-ils situés ?

C'est un peu plus qu'un simple catalogage car vous devez en réalité décrire et découvrir toutes les règles de communication, les règles de connectivité, car les neurones n'aiment pas simplement s'interconnecter avec tout neurone. Ils choisissent soigneusement avec lesquels ils se connectent. C'est aussi plus qu'un catalogage parce que vous devez en fait construire en trois dimensions des modèles numériques de neurones. Nous avons fait cela pour des dizaines de milliers de neurones, bâtissant des modèles numériques de chaque différent type de neurone que nous avons rencontrés. Et une fois que vous avez fait cela, vous pouvez vraiment entreprendre la construction de la colonne néocorticale.

Et ici nous sommes en train de les assembler. Ce faisant, ce que nous voyons, c'est que les branches sont intersectées en fait à des millions d'emplacements, et qu'à chacune de ces intersections elles peuvent former une synapse. Une synapse est un emplacement chimique où ils communiquent entre eux. Et, ensemble, ces synapses forment le réseau ou le circuit du cerveau. Le circuit, vous pouvez ausi le voir comme le tissu du cerveau. Lorsque vous pensez au tissu du cerveau, la structure, comment est-elle faite ? Quel est le patron du tapis ? Vous réalisez que ceci pose un défi fondamental à toute théorie du cerveau et en particulier à une théorie affirmant qu'il y a une sorte de réalité qui émerge de ce tapis, de ce tapis particulier avec son patron particulier.

La raison est que le plus important secret de design du cerveau est sa diversité. Chaque neurone est différent. C'est la même chose dans la forêt. Chaque pin est différent. Vous pouvez avoir plusieurs différents types d'arbres mais chaque pin est différent. Et dans le cerveau ,c'est pareil. Il n'y a donc aucun neurone dans mon cerveau qui soit identique à un autre, et il n'y a aucun neurone dans mon cerveau identique à un dans le vôtre. Vos neurones ne seront pas orientés et positionnés exactement de la même manière. Vous aurez peut-être plus ou moins de neurones. Il est donc très improbable que vous ayez le même tissu, le même circuit.

Alors, comment pouvons-nous possiblement créer une réalité nous permettant de nous comprendre l'un l'autre ? Eh bien, nul besoin de spéculer. Nous pouvons maintenant observer nos 10 millions de synapses. Nous pouvons observer le tissu et nous pouvons changer les neurones. Nous pouvons utiliser différents neurones avec différentes variations. Nous pouvons les positionner à différents emplacements, les orienter en différents emplacements. Nous pouvons en utiliser plus ou moins. Lorsque nous faisons cela, ce que nous découvrons, c'est que le circuit change. Mais que le patron du design du circuit ne change pas. De sorte que, le tissu du cerveau, quoique votre cerveau peut être plus petit, plus grand, il peut avoir différents types de neurones, différentes morphologies de neurones. Nous partageons en effet le même tissu. Et nous croyons que ceci est spécifique à chaque espèce, ce qui expliquerait pourquoi nous ne pouvons communiquer d'une espèce à une autre.

Donc, mettons cela en marche. Mais pour l'allumer, vous devez donner la vie à tout cela. Nous rendons tout cela vivant avec des équations, beaucoup de mathématiques. En fait, les équations transformant les neurones en générateurs électriques furent découvertes par deux prix Nobel de Cambridge. Nous avons donc les mathématiques pour donner vie aux neurones. Nous avons aussi les mathématiques décrivant comment les neurones recueillent l'information et comment ils créent un petit éclair pour communiquer entre eux. Lorsqu'ils arrivent à la synapse, ce qu'ils font est d'effectivement, littéralement, commotionner la synapse. C'est comme un choc électrique qui libère les produits chimiques de ces synapses.

Nous avons les mathématiques pour décrire ce processus. Nous pouvons ainsi décrire la communication entre ces neurones. Avec seulement une poignée d'équations, vous pouvez simuler l'activité du néocortex. Mais vous avez surtout besoin d'un très gros ordinateur. En fait, vous avez besoin d'un ordinateur portable pour effectuer tous les calculs de seulement un neurone. Vous avez donc besoin de 10 000 ordinateurs portables. Où aller ? Vous allez chez IBM, et vous prenez un superordinateur car ils savent comment concentrer 10 000 ordinateurs portables dans les dimensions d'un réfrigérateur. Nous avons donc maintenant ce superordinateur "Blue Gene". Nous pouvons charger tous les neurones, chacun sur son propre processeur, et allumer le tout, et observer ce qui arrive. Embarquez sur le tapis volant pour une promenade !

Ici, nous l'avons activé. Et voici le premier coup d'oeil de ce qui se passe dans votre cerveau lorsqu'il y a une stimulation. C'est une première vue. Lorsque vous regardez ça la première fois, vous pensez, "Mon Dieu. Comment la réalité peut-elle sortir de ça ?" Mais, en fait, vous pouvez commencer, même si nous n'avons pas entraîné cette colonne néocorticale à créer une réalité spécifique. Mais on peut demander "Où est la rose ?" On peut demander "Où est-elle à l'intérieur, si on le stimule avec une image ?" Où est-elle à l'intérieur du néocortex ? Finalement, elle doit être là si on le stimule avec l'image.

Ainsi, la manière qu'on peut considérer cela consiste à ignorer les neurones, ignorer les synapses, et observer seulement l'activité électrique brute. Parce que c'est ce qu'il est en train de créer. Il est en train de créer des patrons électriques. Donc lorsqu'on a fait cela, nous avons vraiment, pour la première fois, vu ces structures évanescentes : des objets électriques apparaissant à l'intérieur de la colonne néocorticale. Ce sont ces objets électriques qui détiennent toute l'information au sujet la chose qui l'a stimulé - quelle qu'elle soit. Et en faisant le zoom sur ceci, c'est comme un véritable univers.

Alors, la prochaine étape, c'est de prendre ces coordonnées du cerveau et de les projeter dans l'espace perceptuel. Et si vous faites cela, vous pourrez pénétrer à l'intérieur de la réalité qui est créée par cette machine, par cette partie du cerveau. En résumé, je crois que l'univers pourrait avoir évolué -- c'est possible -- en un cerveau pouvant se voir lui-même, ce qui pourrait être le premier pas vers une prise de conscience de lui-même. Il y a encore beaucoup à faire pour tester ces théories, et pour tester plusieurs autres théories. Mais j'espère que vous êtes au moins en partie convaincus qu'il n'est pas impossible de construire un cerveau. Nous pouvons le faire dans moins de 10 ans, et si nous réussissons à le faire, nous enverrons à TED, dans 10 ans, un hologramme pour vous parler. Merci. (Applaudissements)