Henry Markram constrói um cérebro num supercomputador

Nossa missão é construir um modelo computacional detalhado e realista do cérebro humano. E, nos últimos quatro anos, nós fizemos uma prova de conceito, numa pequena parte de um cérebro de roedor, e com esta prova de conceito, estamos agora aumentando a escala do projeto para chegar ao cérebro humano.

Porque estamos fazendo isto? Há três razões importantes. Primeiro, é essencial para nós entendermos o cérebro humano se queremos progredir na sociedade, e penso que isso é um passo fundamental na evolução. A segunda razão é que não podemos continuar fazendo experimentos com animais para sempre, e temos que incorporar todos os nossos dados e conhecimentos num modelo que funcione. É como a Arca de Noé. É como um arquivo. E a terceira razão é que existem dois bilhôes de pessoas no planeta afetadas por doenças mentais, e as drogas usadas hoje são geralmente empíricas. Acredito que poderemos obter soluções muito concretas sobre como tratar eestas doenças.

Pois bem, mesmo neste estágio, podemos usar o modelo do cérebro para explorar algumas questões fundamentais sobre como o cérebro funciona. E aqui, no TED, pela primeira vez, Gostaria de compartilhar com vocês o modo como estamos abordando uma teoria -- existem várias teorias -- uma teoria de como o cérebro funciona. Asim, esta teoria é que o cérebro cria, constrói uma versão do universo. E projeta essa versão do universo, como uma bolha, ao redor de nós.

Bem, é claro que este tem sido um tópico de debates filosóficos por séculos. Mas, pela primeira vez, nós podemos realmente tratar isto, através da simulação do cérebro, e perguntar questões muito sistemáticas e rigorosas, se esta teoria pode mesmo ser verdadeira. A razão pela qual a lua é enorme no horizonte é simplesmente porque nossa bolha de percepção não se estende até 380.000 quilômetros. Ela fica sem espaço. E então o que fazemos é comparar os prédios dentro da nossa bolha de percepção, e daí tomamos uma decisão. Tomamos a decisão de que ela é grande assim, apesar dela não ser grande assim,

e o que isso ilustra é que decisões são os elementos fundamentais que sustentam nossa bolha de percepção. Elas a mantém viva. Sem decisões você não pode ver, não pode pensar, não pode sentir. E você pode pensar que os anestésicos funcionam colocando você numa espécie de sono profundo, o bloqueando seus receptores para você não sentir dor, mas na verdade a maioria dos anestésicos não funciona assim. O que eles fazem é introduzir um ruído no cérebro de modo que os neurônios não se entendam entre eles. Eles ficam confusos, e você não consegue tomar uma decisão. Então, enquanto você está tentando decidir, o que o médico, o cirurgião está fazendo enquanto eles está cortando seu corpo, ele já foi embora. Ele está em casa tomando chá. (Risos)

Assim, quando você anda até a porta e a abre, o que você compulsoriamente precisa fazer para perceber é tomar decisões, milhares de decisões sobre o tamanho da sala, a parede, a altura, os objetos na sala. 99 por cento do que você vê não é o que vem através dos olhos. é o que você infere a propósito daquela sala. Portanto eu posso dizer, com alguma certeza, "Penso, logo existo." Mas não posso dizer, "Você pensa, logo você existe," porque você está dentro da minha bolha de percepção.

Pois bem, nós podemos especular e filosofar sobre isto, mas realmente não precisamos fazer isso pelos próximos cem anos. Podemos fazer uma pergunta bem concreta. "O cérebro é capaz de construir uma percepção como essa?" Ele é capaz de fazer isso? Ele tem a substância para fazer isso? E isso é o que vou descrever para vocês hoje.

Então, o universo precisou de 11 bilhões de anos para construir o cérebro. Precisou melhorá-lo um bocado. Precisou aumentar a parte frontal, para que você tivesse instintos, porque precisava se adaptar à vida na terra. Mas o verdadeiro grande passo foi o neocortex, É um novo cérebro. Você precisava dele. Os mamíferos precisavam dele porque eles tinham que lidar com coisas como o cuidado da prole, interações sociais, funções cognitivas complexas.

Então, vocês podem pensar no neocortex realmente como a melhor solução hoje, do universo como nós o conhecemos. É o ápice, é o produto final que o universo produziu. Ele foi tão bem sucedido na evolução que do camundongo ao homem ele se expandiu cerca de mil vezes, em termos de número de neurônios, para produzir este quase assustador órgão, estrutura. E ele não se deteve em seu caminho evolutivo. De fato, o neocortex do cérebro humano está evoluindo numa velocidade enorme.

Se você der um "zoom" na superfície do neocortex, você vai descobrir que ela é feita de pequenos módulos, processadores G5, como num computador. Só que existe cerca de um milhão deles. Eles foram tão bem sucedidos na evolução que o que nós fizemos foi duplicá-los muitas e muitas vezes, e adicioná-los mais e mais ao cérebro até que ficamos sem espaço no crânio. Então o cérebro começou a se dobrar sobre si mesmo, e é por isso que o neocortex tem tantas convoluções. Nós estamos simplesmente adicionando colunas, de modo que tenhamos mais colunas neocorticais para executar funções mais complexas.

Assim, vocês podem pensar no neocortex atualmente como um enorme piano de cauda, um piano de cauda com um milhão de teclas. Cada uma dessas colunas neocorticais produziria uma nota. Quando você a estimula; ela produz uma sinfonia. Mas não é apenas uma sinfonia da percepção. É uma sinfonia do seu universo, da sua realidade. Pois bem, é claro que levam anos para aprender como tornar-se um mestre num piano com um milhão de notas. É por isso que vocês precisam mandar suas crianças a boas escolas, esperamos, quem sabe, a Oxford. Mas isso não é só educação. É também genética. Você pode ter nascido com sorte, ou você sabe como dominar sua coluna neocortical, e você pode tocar uma sinfonia fantástica.

De fato, existe uma nova teoria do autismo denominada teoria do "mundo intenso", a qual sugere que as colunas neocorticais são super-colunas. Elas são extremamente reativas, e elas são super plásticas, e por isso os autistas provavelmente são capazes de construir e aprender uma sinfonia que é inconcebível para nós. Mas você também é capaz de entender que se você tem uma doença em uma dessas colunas, essa nota vai estar desligada. A percepção, a sinfonia que você cria estará corrompida, e você terá sintomas de doença.

Assim, o santo graal da neurociência é, na verdade, entender o projeto da coluna neocortical -- e isso não é apenas para a neurociência; é para talvez entender a percepção, entender a realidade, e quem sabe até entender também a realidade física. Assim, o que nós fizemos, durante os últimos 15 anos, foi dissecar o neocortex, sistematicamente. É meio parecido com estudar e catalogar um pedaço da floresta tropical. Quantas árvores ela tem? De que forma são as árvores? Quantas árvores de cada tipo você tem? Onde elas estão localizadas?

Mas é um pouco mais do que catalogar porque você precisa realmente descrever e descobrir todas as regras de comunicação, as regras de conectividade, porque os neurônios não gostam de conectar-se simplesmente com qualquer outro neurônio. Eles escolhem muito cuidadosamente com quem se conectam. Também é mais do que catalogar porque você precisa construir modelos digitais tri-dimensionais deles. E nós fizemos isso para dezenas de milhares de neurônios, construímos modelos digitais dos diferentes tipos de neurônios que nós encontramos. E uma vez que você tenha isso, você realmente pode começar a construir a coluna neocortical.

E aí nós as vamos enrolando e empilhando. Mas quando você faz isso, o que você vê é que os ramos se interceptam realmente em milhões de lugares e em cada uma dessas intersecções eles podem formar uma sinapse. E uma sinapse é um local de interações químicas onde eles se comunicam entre si. E essas sinapses juntas formam a rede ou circuito do cérebro. Pois bem, esse circuito, você também pode pensar nele como o tecido do cérebro. E quando você pensa no tecido do cérebro, a estrutura, como ela é feita? Qual é o padrão da tapeçaria? Vocês percebem que isto representa um desafio fundamental para qualquer teoria do cérebro, e especialmente para uma teoria que afirma que existe alguma realidade que emerge a partir desta tapeçaria, a partir desta particular tapeçaria com um padrão específico.

O motivo é porque o mais importante segredo de projeto do cérebro é diversidade. Cada neuronio é diferente. É o mesmo que na floresta. Cada pinheiro é diferente. Você pode ter muitos tipos diferentes de árvores, mas cada pinheiro é diferente. E no cérebro é a mesma coisa. De modo que não existe nenhum neurônio no meu cérebro que seja o mesmo que outro, e não há nenhum neurônio no meu cérebro que seja o mesmo que o seu. E os seus neurônios não vão estar orientados e posicionados exatamente da mesma maneira. E você pode ter mais ou menos neurônios. Assim, é muito improvável que você tenha o mesmo tecido, os mesmos circuitos.

Assim, como é possível que nós criemos uma realidade de modo que possamos ao menos entendermos um ao outro? Bem, não precisamos especular. Nós podemos agora observar todos os 10 milhões de sinapses. Nós podemos observar o tecido. E nós podemos mudar os neurônios. Podemos usar diferentes neurônios com diferentes variações. Podemos colocá-los em lugares diferentes, orientá-los em posições diferentes. Podemos usar um número maior ou menor deles. E quando fazemos isso o que descobrimos é que o circuito efetivamente muda. Mas o padrão de como o circuito é projetado não muda. Assim, o tecido do cérebro, mesmo que seu cérebro seja menor, maior, tenha diferentes tipos de neurônios, diferentes morfologias de neurônios, nós realmente compartilhamos o mesmo tecido. E nós pensamos que isto é específico para cada espécie animal, o que pode explicar porque não conseguimos nos comunicar entre espécies.

Então, vamos colocá-lo a funcionar. Mas para conseguir isso, o que você precisa é fazer que ele se torne vivo. Nós fazemos que ele se torne vivo com equações, uma porção de matemática. E, de fato, as equações que mostram os neurônios como geradores elétricos foram descobertas por dois cientistas de Cambridge, contemplados com o Prêmio Nobel. Assim, nós temos a matemática para fazer os neurônios ganharem vida. Também temos a matemática para descrever como os neurônios coletam informação, e como eles criam uma pequena faísca elétrica para se comunicarem um com o outro. E quando eles chegam à sinapse, o que eles fazem é, efetivamente, literalmente, dar um choque na sinapse. É como um choque elétrico que libera as substâncias quìmicas dessas sinapses.

E nós temos a matemática para descrever este processo. Assim nós somos capazes de descrever a comunicação entre os neurônios. Existe literalmente apenas um punhado de equações que você precisa para simular a atividade do neocortex. Mas o que você precisa mesmo é um computador muito grande. De fato você precisa um laptop para fazer todos os cálculos para um único neurônio. Portanto você precisa 10.000 laptops. Assim, para onde você vai? Você vai para a IBM, e consegue um supercomputador, porque eles precisaram pegar 10.000 laptops e colocá-los no tamanho de uma geladeira. Assim nós ficamos com este supercomputador Blue Gene. Nós carregamos nele todos os neurônios, cada um em seu processador, e o ativamos, para ver o que acontece. Tome o tapete mágico para um passeio.

Aqui nós o ativamos. E isto nos dá um primeiro vislumbre do que está acontecendo no seu cérebro quando há uma estimulação. É a primeira visão. Pois bem, quando você olha para isso pela primeira vez, você pensa, "Meu deus. Como é que a realidade está saindo disso aí?" Mas, na verdade, você pode começar, mesmo que ainda não tenhamos treinado esta coluna neocortical a criar uma realidade específica. Mas nós podemos perguntar, "Onde está a rosa?" Podemos perguntar, "Onde ela está aí dentro, se nós a estimulamos com uma imagem?" Onde está ela no interior do neocortex? Afinal ela tem que estar nele se nós o estimulamos com isso.

Daí, o modo como podemos ver isso é ignorar os neurônios, ignorar as sinapses, e observar apenas a crua atividade elétrica. Porque isso é o que ela está criando. Ela está criando padrões elétricos. Então, quando fizemos isso, finalmente, pela primeira vez, vimos estas estruturas fantasmagóricas: objetos elétricos aparecendo dentro da coluna neocortical. E são estes objetos elétricos que estão guardando toda a informação sobre o que o estimulou. E quando damos um zoom nisto, é como um verdadeiro universo.

Assim, o próximo passo é simplesmente tomar essas coordenadas do cérebro e projetá-las no espaço de percepção. E se você fizer isso, será capaz de penetrar no interior da realidade que é criada por esta máquina, por este pedaço de cérebro. Assim, resumindo, Eu penso que o universo pode ter -- é possível -- evoluído um cérebro para ver a si mesmo, o que pode ser o primeiro passo para tornar-se consciente de si mesmo. Muito ainda resta a ser feito para verificar estas histórias, e testar quaisquer outras teorias. Mas espero que vocês estejam pelo menos parcialmente convencidos de que não é impossível construir um cérebro. Nós somos capazes de fazê-lo num prazo de 10 anos, e se formos bem sucedidos, enviaremos ao TED, daqui a 10 anos, um holograma para falar com vocês. Muito obrigado. (Aplausos)