Henry Markram bygger en hjerne i en superdatamaskin

Vår oppgave er å bygge en detaljert, realistisk, digital modell av den menneskelige hjerne. Vi har i løpet av de siste fire år vist at det er mulig, ved å lage en liten del av en rottehjerne. Når vi nå vet at det er mulig, skal vi skalere opp prosjektet til vi når en menneskehjerne.

Hvorfor gjør vi dette? Det er tre viktige grunner: For det første er det viktig for oss å forstå den menneskelige hjerne hvis vi ønsker å komme videre som samfunn, og jeg tror at det er et viktig steg i evolusjonen. Den andre grunnen er at vi ikke kan gjøre dyreforsøk i all framtid, vi må materialisere alle våre data og all vår kunnskap, til en fungerende modell. Det er som en Noas Ark, som et arkiv. Og den tredje grunnen er at det er to milliarder mennesker på jorda som rammet av sinnslidelse. Og de medikamentene som brukes i dag er i stor grad empiriske. Jeg tror vi kan finne svært konkrete løsninger på hvordan vi kan behandle lidelser.

Nå, – selv på dette stadiet, kan vi bruke hjernemodellen til å utforske noen grunnleggende spørsmål om hvordan hjernen fungerer. Og her på TED, for første gang, vil jeg gjerne dele med dere hvordan vi tar for oss én teori – det er mange teorier – én teori om hvordan hjernen fungerer. Denne teorien går ut på at hjernen skaper – bygger – en versjon av universet, Og projiserer denne versjonen av universet som en boble, hele veien rundt oss.

Dette vil selvsagt bli et tema for filosofisk debatt i århundrer. Men for første gang kan vi faktisk se på dette, ved hjelp av hjernesimulering, og stille veldig systematiske og grundige spørsmål om hvorvidt denne teorien kan være riktig. Grunnen til at månen ser enorm ut i horisonten er rett og slett fordi vår perseptuelle boble ikke strekker seg 380.000 kilometer ut. Det blir for lite plass, så det vi gjør er å sammenligne bygningene innenfor vår perseptuelle boble, og vi tar en beslutning. Vi tar en beslutning om at den er så stor, selv om den ikke er det,

og det illustrerer at beslutninger er den viktigste støtten for vår perseptuelle boble. Det holder den i live. Uten beslutninger kan du ikke se, kan du ikke tenke, kan du ikke føle. Og du tror kanskje at bedøvelse fungerer ved at den sender deg inn i en slags dyp søvn, eller blokkerer reseptorene slik at du ikke føler smerte? Men faktisk virker de fleste bedøvelser ikke slik. Det de gjør er å skape en støy inne i hjernen, slik at nervecellene ikke kan forstå hverandre. De er forvirret, og du kan ikke ta en beslutning. Så før du klarer å gjøre deg opp en mening, om hva legen, kirurgen, gjør mens han skjærer løs på kroppen din, er han for lengst borte. Han sitter ved middagsbordet. (Latter)

Så, når du går bort til døren og åpner den, må du, for å oppfatte hva du gjør, ta beslutninger, tusenvis av beslutninger om størrelsen på rommet, veggen, høyden, objektene i dette rommet. 99 prosent av det du ser kommer ikke inn gjennom øynene, det er du som bestemmer at rommet er slik. Så jeg kan si, med en viss sikkerhet: "jeg tenker, derfor er jeg." Men jeg kan ikke si, "du tenker, derfor er du", fordi du er innenfor min perseptuelle boble.

Nå kan vi spekulere og filosofere over dette, men vi trenger ikke å gjøre det i de neste hundre år. Vi kan stille et meget konkret spørsmål: Kan hjernen bygge en slik oppfatning? Er det i stand til gjøre det? Har den det har stoffet som trengs for å gjøre det? Det er det jeg skal beskrive for dere i dag.

Det tok altså universet 11 milliarder år å bygge hjernen. Det måtte forbedre den litt. Det måtte legge til den frontale delen, slik at vi fikk instinkter, fordi vi måtte overleve på land. Men det virkelig store skrittet var neokorteks. Det er en ny hjerne. Vi trengte den, pattedyrene trengte den, fordi de måtte takle foreldrerollen, sosiale interaksjoner, komplekse kognitive funksjoner.

Dermed kan du faktisk se på neokorteks som den ultimate løsningen i dag, av universet slik vi kjenner det. Det er høydepunktet, det er det endelige produktet som universet har laget Den var så vellykket i evolusjonen at fra mus til menneske økte den tusen ganger, i antall nerveceller, og laget dette nesten skremmende organet, denne strukturen. Og evolusjonen har ikke stoppet ennå. Faktisk utvikler neokorteks i den menneskelige hjerne seg i en enorm hastighet.

Hvis du zoomer inn på overflaten av neokorteks, vil du se at den er bygget opp av små moduler, G5-prosessorer, som i en datamaskin. Men det er omtrent en million av dem. De var så vellykket i evolusjonen at de ble kopiert igjen og igjen, og fylte opp hjernen med fler og fler til det ikke var mer plass i skallen. Da begynte hjernen å folde seg, og det er derfor neokorteks er så sammenrullet. Vi bare stapper inn kolonner, slik at neokorteks får fler kolonner til å utføre mer komplekse funksjoner.

Så du kan faktisk tenke deg neokorteks som et massivt flygel, et flygel med en million tangenter. Hver av disse neokortikale kolonnene lager en tone. Hvis du stimulerer den, lager den en symfoni. Men det er ikke bare en symfoni av persepsjon. Det er en symfoni av universet ditt, din virkelighet. Det tar selvfølgelig årevis lære hvordan man mestrer et flygel med en million tangenter. Derfor må du sende barna dine til gode skoler, forhåpentligvis etter hvert til Oxford. Men det er ikke bare utdanning. Det er også genetikk. Du kan være født heldig, eller så vet du hvordan du kan mestre din neokortikale kolonne og du kan spille en fantastisk symfoni.

Faktisk er det en ny teori om autisme kalt "den intense verden"-teorien, som antyder at de neokortikale kolonnene er superkolonner. De er svært reaktive, og de er superplastiske, så autistene er sannsynligvis i stand til å bygge og lære en symfoni som er utenkelig for oss. Men du skjønner også at hvis du har en sykdom innenfor en av disse kolonnene, vil tonen være slått av. Oppfatningen, symfonien som du skaper vil være ødelagt, og du får symptomer på sykdom.

Så den hellige gral for nevrovitenskap er å virkelig forstå utformingen av den neokortikale kolonnen – og det er ikke bare for nevrovitenskapen; kanskje også for å forstå persepsjon, å forstå virkeligheten, kanskje til og med forstå den fysiske virkeligheten? Så det vi gjorde gjennom de siste 15 årene var å dissekere neokorteks, systematisk. Det er litt som å katalogisere en del av regnskogen. Hvor mange trær er det? Hvilken form har de? Hvor mange av hver art, og hvor er de plassert?

Men det er mer enn katalogisering, fordi du faktisk må beskrive og oppdage alle kommunikasjonsregler, og hvordan de er koblet sammen, for nervecellene kobler seg ikke sammen på måfå. De velger nøye hvem de knytter seg til. Det er også mer enn katalogisering, fordi du faktisk må bygge tredimensjonale digitale modeller av dem. Og det gjorde vi for titusener av nerveceller, bygget digitale modeller for de ulike typene nevroner vi kom over. Og når du har gjort det, kan du faktisk begynne å bygge den neokortikale kolonnen.

Og her kveiler vi dem opp. Men mens du gjør dette, ser du at greinene krysser hverandre på millioner av steder. og i hvert slikt kryss kan de kan danne en synapse. Og en synapse er et kjemisk sted der de kommuniserer med hverandre. Og disse synapser utgjør til sammen nettverket, eller strømkretsen i hjernen. Nå er det slik at du også kan se på strømkretsen som selve sammensetningen, stoffet i hjernen. Og når du tenker på stoffet i hjernen, strukturen, hvordan er den bygd? Hvordan er mønsteret til teppet? Da innser du at dette utgjør en grunnleggende utfordring for enhver teori om hjernen, og spesielt for en teori som sier at det kommer en virkelighet ut av dette teppet, av dette spesielle teppet med et bestemt mønster.

Årsaken er at den viktigste designhemmeligheten i hjernen er mangfold. Hvert nevron er forskjellig Det er akkurat som i skogen. Alle furutrær er forskjellige. Du kan ha mange forskjellige treslag, men alle furutrær er ulike. Og slik er det i hjernen også. Så det er ingen nevroner i hjernen min som er like, og ingen nevroner i min hjerne som er lik noen i din. Og alle nevronene er ikke orientert og plassert på nøyaktig samme måte. Og du kan ha flere eller færre nerveceller. Derfor er det svært usannsynlig at du har samme stoff, samme strømkrets.

Så, hvordan er det mulig at vi kan lage en virkelighet slik at vi i det hele tatt kan forstå hverandre? Vel, vi behøver ikke å spekulere. Vi kan studere alle 10 millioner synapser. Vi kan se på stoffet, og vi kan endre nerveceller. Vi kan bruke ulike nerveceller i ulike varianter. Vi kan plassere dem på forskjellige steder, orientere dem på forskjellige måter. Vi kan aktivere flere eller færre av dem. Og når vi gjør det, oppdager vi at kretsene endres. Men mønsteret for kretsenes utforming endres ikke. Så stoffet i hjernen – uansett om hjernen din er mindre, større, har forskjellige typer nerveceller, har nevroner med forskjellig morfologi – uansett alt dette har vi samme hjernestoff. Og vi tror at dette er artsspesifikt, noe som kan forklare hvorfor vi ikke kan kommunisere på tvers av arter.

Så la oss slå den på. Men for å gjøre det, må du få den til å bli levende. Vi gjør den levende med likninger, mye matematikk. Og faktisk, likningene som gjør nervecellene til elektriske dynamoer ble oppdaget av to Cambridge nobelprisvinnere. Så det er matematikk som gir nervecellene liv. Vi bruker også matematikk for å beskrive hvordan nervecellene samler informasjon, og hvordan de lager et lite lynglimt for å kommunisere med hverandre. Og når de kommer til synapsen vil de faktisk, bokstavelig talt gi den et sjokk. Det er som elektrisk støt som frigjør kjemikalier fra disse synapsene.

Og vi har matematikken til å beskrive denne prosessen. Så vi kan beskrive kommunikasjonen mellom nervecellene. Det er bokstavelig talt bare en håndfull likninger du trenger for å simulere aktiviteten til neokorteks. Men det du vil trenge er en veldig stor datamaskin. Du behøver faktisk en bærbar PC for å gjøre beregningene for et enkelt nevron. Du må altså ha 10.000 bærbare datamaskiner. Så hva gjør du? Du går til IBM, og får en superdatamaskin, fordi de mtte ta 10.000 laptoper og pakke dem sammen til en størrelse som et kjøleskap. Så nå har vi superdatamaskinen Blue Gene. Vi kan laste opp alle nervecellene, hver på sin prosessor, starte opp, og se hva som skjer. - Ta en tur på det magiske teppet.

Her har vi aktivert den. Og vi får et første glimt av hva som skjer i hjernen din når den får en stimulering. Det er den første visningen, og når du ser på den for første gang, tenker du: "Herre Gud! Kan det skapes virkelighet ut av det der?" Men det er faktisk mulig – – selv om vi ikke har trent denne neokortikale kolonnen – – å skape en bestemt virkelighet. Men vi kan spørre: "Hvor er rosen?" Vi kan spørre: "Hvor er den inni der", hvis vi stimulerer den med et bilde? Hvor er den inne i neokorteks? Til syvende og sist må den være der hvis vi stimulerer den med det.

Vi kan se slik på det: glem nervecellene, glem synapsene, se bare på den elektriske aktiviteten. Fordi det er den som blir lagd. Den skaper elektriske mønstre. Så når vi gjorde dette, så vi faktisk for første gang, disse spøkelseslignende strukturene: elektriske objekter som viste seg innenfor den neokortikale kolonnen. Og det er disse elektriske gjenstandene som inneholder all informasjon om hva det var som stimulerte den. Og når vi zoomet oss innover, var det som et veritabelt univers.

Så neste steg er bare å ta disse hjernekoordinatene og projisere dem i det perseptuelle rom. Og hvis du gjør det, kan du gå inn i den virkeligheten som er skapt av denne maskinen, av denne hjernebiten. Så oppsummert: Jeg tror at universet kan – – det er mulig – – ha utviklet en hjerne som kan se seg selv, som kan være et første skritt mot å bli klar over selv. Det er mye mer å gjøre for å teste disse teoriene, og å teste alle andre teorier. Men jeg håper at dere i det minste er delvis overbevist om at det ikke er umulig å bygge en hjerne. Vi kan gjøre det innen 10 år, og hvis vi lykkes, skal vi om 10 år sende et hologram som kan snakke til dere her på TED. Takk. (Applaus)