Henry Markram agyat épít egy szupercomputerrel

Küldetésünk az, hogy létrehozzuk az emberi agy részletes és hiteles számítógépes modelljét. Az elmúlt 4 évben bizonyítottuk az elméletet a rágcsálóagy egy részén és ebből a bizonyításból kiindulva most növeljük a léptéket eljutva így az emberi agyig.

Mért csináljuk mindezt? Ennek három fontos oka van. Először is nagyon fontos megértenünk az emberi agyat, ha boldogulni akarunk a társadalomban, és szerintem ez evolúciós szempontból is kulcsfontosságú lépés. A második ok az, hogy nem végezhetünk örökké állatkísérleteket és testet kell öltsenek az adataink, a tudásunk egy működőképes modell formájában. Olyan ez, mint Noé bárkája. Mint egy levéltár. A harmadik ok pedig az, hogy a földön két milliárd ember valamilyen mentális zavarral él, és a mai gyógyszerek nagy része tapasztalaton alapszik. Azt gondolom, hogy elő tudunk állni konkrét megoldásokkal arra nézve, hogy hogyan kezeljük ezeket a zavarokat.

Már a mostani stádiumban fel tudjuk használni az agy modellt néhány alapvető kérdés kutatására az agyműködést illetően. És itt, a TED-en szeretném először megosztani a közönséggel, hogy hogyan közelítjük meg az elméletek egyikét -- sok elmélet van ugyanis -- az agy működéséről szóló egyik elméletet. E szerint az elmélet szerint, az agy alkotja meg, építi fel az univerzum egy változatát. És az univerzum ezen változatát vetíti ki mint egy buborékot, körénk.

Persze ez évszázados filozófiai viták tárgyát képzi. De most először megközelíthetjük ezt agyszimulációval, illetve módszeresen, pontos kérdésekkel felderíthetjük, vajon tényleg igaz lehet-e ez az elmélet? Annak az oka, hogy a hold óriási a horizonton, az, hogy az észlelő-buborékunk nem ér el 380,000 km messzire. Nincs elég helye. Így inkább az épületekhez viszonyítunk az észlelő-buborékunkból nézve és hozunk egy döntést. Úgy döntünk, hogy akkora, akkor is ha valójában nem akkora

és ez azt mutatja, hogy a döntések kulcsfontosságúak ahhoz, hogy az észlelő-buborékunkat támogassák. Ez tartja életben. Döntések nélkül nem látunk, nem tudunk gondolkodni, nem vagyunk képesek érezni. És lehet hogy Önök azt gondolják, hogy az anesztézia úgy működik, hogy valamiféle mély álomba küld bennünket, vagy azáltal, hogy nem engedi a receptoroknak a fájdalom érzékelését, de valójában a legtöbb altatás nem így működik. Valójában altatáskor zörejt idéznek elő az agyban, hogy a neuronok ne értsék meg egymást! Megzavarodnak, és képtelenek vagyunk döntést hozni. Tehát mire mi végre kitaláljuk, hogy mégis mit csinál az orvos vagy a sebész, aki épp a testünket darabolja, addigra ő már rég hazament! És otthon teázgat. (nevetés)

Tehát amikor egy ajtóhoz lépünk és kinyitjuk ami az észleléshez elengedhetetlen lesz, az a döntéshozatal, több ezer döntés a szoba méretét, a falat, a magasságot, a szobában lévő tárgyakat illetően. 99 százaléka annak, amit látunk nem a szemünkön át ér el hozzánk. Hanem amit arról a szobáról kikövetkeztetünk! Tehát mondhatom azt, némi bizonyossággal, hogy "gondolkodom, tehát vagyok". De azt nem mondhatom, hogy "Te gondolkozol, tehát vagy", mert "te" csak az én észlelő-buborékomban létezel!

Töprenghetünk és filozofálgathatunk ezen, de nem muszáj ezt tennünk az elkövetkező 100 évben. Mert feltehetünk egy nagyon is konkrét kérdést. "Tud-e az agy ilyen észlelést létrehozni?" Képes-e rá? Van-e olyan anyag, amiből ezt létrehozza? Éppen ezt fogom ma elmagyarázni Önöknek.

Tehát a világegyetemnek 11 milliárd évébe került megépíteni az agyat. Kicsit javítania kellett rajta. Hozzá kellett toldani a elülső részhez, hogy legyenek ösztöneink, mert a szárazföldön kellett boldoguljunk. De az igazán nagy lépés a neokortex, az agykéreg volt. Ez egy új agy. Szükség volt rá. Az emlősöknek szükségük lett rá, mert meg kellett birkózni az utódneveléssel, a társas interakcióval, és az összetett kognitív funkciókkal.

Vagyis gondolhatunk úgy a neokortexre, mint a világegyetem legnagyobb vívmányára amiről tudunk. Ez egy csúcspont, egy végső termék amit az univerzum létrehozott. Annyira sikeres volt az evolúció során, hogy az egértől az emberig terjeszkedve ezerszeresére nőtt a idegsejtek száma, ezzel létrehozva ezt a szinte félelmetes szervet, rendszert. És ez még nem az evolúciós út vége! Valójában a neokortex az emberi agyban a mai napig hatalmas sebességgel fejlődik.

Ha közelebbről vizsgáljuk a neokortex felületét látni, hogy kisebb modulokból áll, G5 processzorokból, mint a számítógép. Csak itt több millió van belőlük. Ezek olyan sikeresek voltak az evolúció során, hogy sokszorosítottuk őket és egyre többet toldottunk az agyunkhoz belőlük, míg már nem volt több hely a koponyánkban. És akkor az agy elkezdte összehajtogatni magát, ettől olyan tekervényes a neokortex. Oszlopokat zsúfolunk be, hogy még több agykérgi oszlopunk legyen amik összetettebb feladatokra képesek.

Úgy is nézhetjük az új agykérget, mint egy versenyzongorát, egy több millió billentyűs zongorát. Minden egyes agykérgi oszlop más hangot ad. Ha ingereljük, létrehoz egy szimfóniát. Ám ez nem csak az észlelés szimfóniája! Ez a saját univerzumunk, valóságunk szimfóniája! Persze évekbe telik megtanulni mesterien játszani a több millió billentyűn. Ezért kell a gyerekeket jó iskolákba küldenünk, remélhetőleg végül eljutnak Oxford-ba. De mindez nem csak nevelés kérdése. Genetika is. Van, aki szerencsésnek születik, vagy irányítani tudja az oszlopokat az agykérgében, és nagyszerű szimfóniát hoz létre.

Van egy új elmélet az autizmusra amit "intenzív világ" elméletnek neveznek, és ami szerint az agykérgi oszlopok szuper-oszlopok. Nagyon reaktívak és képlékenyek vagyis az autisták valószínűleg képesek egy olyan szimfóniát létrehozni és megtanulni, ami számunkra elképzelhetetlen. De így az is érthetővé válik, hogy ha betegség alakul ki az egyik oszlopban, akkor az hang nem lesz tiszta. Az észlelés, a szimfónia, ami így jön létre, meg fog sérülni, és létrejönnek a betegség tünetei.

Vagyis az ideggyógyászat Szent Grálja az agykérgi oszlopok modelljének a feltárása -- és ez nem csak az ideggyógyászat számára lesz jó; hanem talán hogy megértsük az érzékelést, a valóságot és talán, hogy megértsük magát a fizikai valóságot is. Az elmúlt 15 évben módszeresen kielemeztük az agykérget. Mintha az esőerdő egy részét katalogizáltuk volna. Hány fa van benne? Milyen formájúak a fák? Melyik fajtából hány található ott? Hogyan helyezkednek el?

De ez több, mint rendszerezés, mert le kell írni és fel kell tárni a kommunikáció szabályait a kapcsolódás szabályait, mert a neuronok nem szeretnek ám bármilyen neuronhoz kapcsolódni! Nagy gonddal választják ki azt, akivel összekapcsolódnak. Azért is több ez, mint rendszerezés, mert egy három dimenziós digitális modellt kell belőle építenünk. És ezt meg is tettük több tízezer neuronnal, digitálisan modelleztük a különböző idegeket, amikkel találkoztunk. És amint ez meglett, elkezdhettük építeni az agykérgi oszlopot.

És itt összetekerjük. De miközben ezt tesszük, azt vesszük észre, hogy az ágak keresztezik egymást valójában több millió helyen, és minden egyes kereszteződésnél szinapszisokat hozhatnak létre. A szinapszis egy kémia hely, ahol egymással kommunikálnak. És a szinapszisok összessége hálózatot alkot vagyis az agy áramkörét. Namost erre az áramkörre gondolhatunk úgy is, mint az agy anyagára. És ha az agy anyagára gondolunk, a szerkezetére, hogy hogyan épül fel, hogy mi a szőnyeg mintázata, rádöbbenünk, hogy ez alapvető kihívás elé állít minden agy-elméletet, főleg, ha az elmélet azt mondja ki, hogy valamiféle valóság kerekedik ki a szőnyegből, ebből a bizonyos szőnyegből, aminek ez a bizonyos mintázata van.

Ennek oka pedig az, hogy az agy szerveződésének legfőbb titka a változatosság. Minden egyes neuron más. Mint egy erdőben. Minden fenyő más benne. Sokféle fa lehet benne, de minden fenyő is más. És az agy is ugyanilyen. Vagyis nincs az agyamban két egyforma neuron, és nincs olyan agyi neuronom, ami megegyezne a tiéddel. És a te neuronjaid nem fognak teljesen ugyanúgy elhelyezkedni, és irányulni. És lehet, hogy több, vagy kevesebb neuronnal rendelkezel. Vagyis igen valószínűtlen, hogy ugyanaz lenne a te anyagod vagy áramköröd.

Tehát hogy vagyunk képesek olyan valóságot teremteni, amiben egyáltalán értjük egymást? Nos, nem kell sokat töprengenünk ezen. Most már megvizsgálhatjuk mind a 10 millió szinapszist. Megnézhetjük az anyagot. És megváltoztathatunk neuronokat. Használhatunk különböző neuronokat, különböző variációkban. Elhelyezhetjük őket máshova, irányíthatjuk őket másfelé. Növelhetjük vagy csökkentjük a számukat. És amikor ezt megtettük, felfedeztük, hogy az áramkör megváltozott. De a minta, ami alapján az áramkör készül, nem változott. Vagyis az agy alapanyaga, akár kisebb, akár nagyobb az agyunk térfogata, vagy más fajta idegsejtekből épül fel, más alakú neuronokból, végső soron mindannyian ugyanabból az anyagból vagyunk. Szerintünk ez fajspecifikus, ami megmagyarázná, hogy mért nem tudnak a fajok egymással kommunikálni.

Akkor kapcsoljuk be. De ahhoz, hogy ezt megtehessük, életre kell kelteni. Életre kelteni pedig egyenletekkel és matematikával lehet. Az egyenleteket, amik a neuronokat elektromos generátorrá alakítják, két cambridge-i Nobel díjas fedezte fel. Vagyis megvan a matek, ami megeleveníti a neuronokat. Vannak egyenleteink is, amik leírják, hogy hogyan gyűjt információt a neuron, és hogy hogyan keletkezik az a kis villám, aminek segítségével egymással kommunikálnak. És amikor a szinapszishoz érnek gyakorlatilag annyit tesznek, hogy szó szerint, sokkolják a szinapszist. Ez olyan, mint egy elektromos sokk, amitől kémiai anyagokat bocsát ki a szinapszis.

És matematikailag le tudjuk írni a folyamatot. Vagyis le tudjuk írni a neuronok közti kommunikációt. Szó szerint csak egy maréknyi egyenletre van szükség, hogy szimulálni tudjuk a neokortex tevékenységét. Amire szükség van, az egy nagyon nagy számítógép. Pontosabban egy laptop-ra van szükség neurononként, ami elvégzi a számításokat. Vagyis 10 000 laptopra van szükség. Hova forduljunk? Az IBM-hez, és ők adnak egy szupercomputert, mert ők tudják, hogy lehet berakni 10 000 laptopot egy hűtőládányi térfogatba. Itt van tehát ez a Blue Gene szupercomputerünk. Betöltjük az összes neuront, mindet a saját processzorához, beindítjuk és lássuk mi történik. Repülünk egy kört a varázsszőnyeggel!

Itt aktiváljuk. És ez az első bepillantás abba, ami az agyban történik, amikor inger éri. Ez az első nézet. Elsőre talán azt gondolják, hogy "Úristen, ebből hogyan áll elő a valóság?" De valójában be lehet indítani, annak ellenére, hogy nem tanítottuk ezt az oszlopot arra, hogy valamiféle jellegzetes valóságot teremtsen. De feltehetjük a kérdést, hogy "Hol a rózsa?" Vagy "Hol látszik az belül, ha képpel ingereljük?" Hol található a neokortexen belül? Mert végülis ott kell lennie, ha ezzel ingereltük.

Vagyis nézhetjük úgy, hogy figyelmen kívül hagyjuk a neuronokat, és a szinapszisokat, és csak a nyers elektromos tevékenységgel foglalkozunk. Ugyanis az az, amit létrehoz. Elektromos mintákat hoz létre. Úgyhogy amikor ezt megcsináltuk, akkor tényleg, az életben először megláttuk ezeket a szellemszerű szerkezeteket: elektromos tárgyak jelentek meg az agykérgi oszlopban. És ezek az elektromos tárgyak tartalmazzák az információt az ingerről ami létrehozta őket. És amikor ráközelítettünk erre, ez egy valóságos univerzumnak bizonyult.

Vagyis a következő lépés, fogni ezeket az agyi koordinátákat, és kivetíteni az észlelhető térbe. Ha ezt megtesszük, képesek leszünk belépni egy valóságba, aminek az alkotója ez a gép, ez a darabka agy. Összegezve, azt gondolom, hogy a világegyetem, -- könnyen lehet, -- hogy azért hozta létre az agyat, hogy lássa önmagát, ami lehet hogy az első lépés az öntudatosság felé. Még bőven akad mit vizsgálni az elméleten és más elméleteken is. De remélem, legalább részben meggyőztem Önöket arról, hogy nem lehetetlen agyat építeni. 10 év alatt elkészülünk és ha sikerül, 10 év múlva küldünk a TED konferenciára egy beszélő hologrammot. Köszönöm. (taps)