Henry Markram construiește un creier într-un supercomputer

Țelul nostru este să construim un model computațional detaliat și realistic al creierului uman. Și noi am realizat în ultimii patru ani o demonstrație de principiu pe o mică parte a unui creier de rozător, iar acum, bazându-ne pe această demonstrație, amplificăm proiectul pentru a ajunge la creierul uman.

De ce facem asta? Sunt trei motive importante. Primul este faptul că este esențial pentru noi să înțelegem creierul uman dacă vrem să ne mai înțelegem ca societate, și cred de asemenea că acesta este un pas cheie în evoluție. Al doilea motiv este, că nu putem continua să experimentăm pe animale la nesfârșit, și că trebuie să incorporăm datele și cunoștințele noastre, într-un model care să funcționeze. Este ca un fel de Arcă a lui Noe. Este ca o arhivă. Și al treilea motiv este că există două miliarde de oameni pe planetă care sunt afectați de boli mentale, în condițiile în care medicamentele folosite în prezent sunt în mare măsură empirice. Cred că putem veni cu o soluție cât se poate de concretă despre cum să tratăm aceste boli.

Acum, chiar și în stadiul acesta, putem folosi modelul de creier pentru a explora întrebări fundamentale despre cum funcționează creierul. Și aici, la TED, pentru prima dată, aș vrea să împărtășesc cu voi modul în care adresăm o teorie -- de fapt sunt mai multe teorii -- o teorie despre cum funcționează creierul. Deci, conform acestei teorii creierul crează, construiește, o versiune a universului. Și proiectează această versiune a universului, precum un balon, în jurul nostru.

Ori, aceasta este desigur o temă a dezbaterilor filozofice de secole. Dar, pentru prima dată, noi putem să o abordam cu adevarat, cu ajutorul simulării creierului, și să punem întrebări în mod sistematic și riguros, și să investigăm dacă această teorie poate fi adevărată. Motivul pentru care Luna este enorma la orizont este pur și simplu pentru că balonul nostru perceptual nu se extinde 380.000 km. Nu are atât spațiu. Și ce facem de fapt este să comparăm clădirile din interiorul balonului nostru perceptual, și luăm o decizie. Noi luăm decizia că e atât de mare, chiar dacă în realitate nu e într-atât de mare,

și ceea ce demonstrează asta este că deciziile sunt elementele esențiale care suportă balonul nostru perceptual. Îl mențin viu. Fără decizii nu poți vedea, nu poți gândi, nu poți simți. Și ați putea crede că anestezicele funcționează prin a vă induce un somn adânc, sau prin blocarea receptorilor astfel încât să nu mai simțiți durerea, dar de fapt majoritatea anestezicelor nu funcționează așa. Ceea ce fac de fapt este să inducă un bruiaj în creier astfel încât neuronii să nu se mai înțeleagă între ei. Sunt derutați, iar dvs. nu mai puteți lua decizii. Astfel, în timp ce încercați să vă hotărâți, asupra a ceea ce doctorul, chirurgul face în timp ce va hăcuiește corpul, el este deja plecat demult. Este acasă bânduși ceaiul. (râsete)

Deci, când ajungeți la o ușă și o deschideți, ceea ce trebuie sa faceți în mod reflex ca să percepeți este să luați decizii, mii de decizii privind mărimea camerei, peretele, înălțimea, obiectele din acestă cameră. 99% din ceea ce vedeți nu este ceea ce vine prin ochi. Este ceea ce deduceți despre acea cameră. Deci pot spune, cu o oarecare siguranță, "Gândesc, deci exist." Dar nu pot spune "Gândești, deci exiști" pentru că ești în limitele balonului meu perceptual.

Acum, putem specula și filozofa asta, dar nu va trebui să o facem și pentru următorii o sută de ani. Putem pune o întrebare foarte concretă. "Poate creierul să construiască o asemenea percepție?" Este capabil să o facă? Are conținutul necesar pentru a o face? Si asta este ceea ce vă voi descrie astăzi.

Deci, universului i-au trebuit 11 miliarde de ani pentru a construi creierul. A trebuit să il îmbunătățească un pic. A trebuit să îi adauge partea frontala, astfel încât să aibă instincte, pentru că a trebuit să se descurce pe uscat. Dar adevăratul pas mare a fost neocortexul. Este un nou creier. Aveați nevoie de el. Mamiferele aveau nevoie de el. pentru a face față parentalității, interacțiunilor sociale, funcțiilor cognitive complexe.

Deci puteți privi neocortexul de fapt ca soluția ultimă astăzi, a universului așa cum îl cunoaștem. Este apogeul, este produsul final pe care l-a produs universul. A avut un succes atât de mare în evoluție încât de la șoarece la om s-a extins de aproape o mie de ori ca număr de neuroni, pentru a produce acest înfricoșător organ, sau structură. Și nu s-a oprit din evoluția sa. De fapt, neocortexul creierului uman evoluează cu o viteza enormă.

Dacă vă apropiați de suprafața neocortexului, veți descoperi că e alcătuită din mici module, procesoare G5, ca într-un computer. Numai că sunt aproape un milion dintr-acestea. Au avut așa un succes în evoluție încât ce am făcut a fost să îi multiplicăm iar și iar și să adăugăm și mai multe dintr-acestea în creier. până când am rămas fără spațiu în craniu. Și creierul a început să se plieze peste el însuși, și iată de ce neocortexul are atâtea circumvoluțiuni. Îngrămădim în coloane, astfel încât având mai multe coloane neocorticale, să executăm funcții și mai complexe.

Deci puteți privi neocortexul de fapt ca pe un mare pian, un pian cu un milion de clape. Fiecare din aceste coloane neocorticale ar produce o nota. Îl stimulați; el va produce o simfonie. Dar nu este doar o simfonie a percepției. Este o simfonie a universului vostru, realitatea voastră. Or, desigur va lua mulți ani până vom învăța cum să stăpînim un pian cu un milion de clape. De aceea trebuie să vă trimiteți copiii la școli bune, de sperat ca într-un final chiar la Oxford. Dar nu este doar educație. Este totodată genetică. Puteți fi născuți norocoși, și să știți cum să folosiți columnele neocortexului, și să cântați o simfonie fantastică.

De fapt, există o nouă teorie a autismului numita teoria "lumii intense", care sugerează că în neocortex columnele ar fi super-columne. Ele sunt foarte reactive, și sunt super-plastice, și astfel autiștii sunt capabili probabil de construirea și învățarea unei simfonii de neimaginat pentru noi. Dar puteți înțelege de asemenea că dacă aveți o boală în una din aceste coloane, nota va fi falsă. Percepția, simfonia pe care o creați va fi coruptă, și veți avea simptome de boală.

Deci, Sfântul Graal al neuroștiințelor este de fapt înțelegerea schemei unei coloane neocorticale -- și asta nu este doar pentru neuroștiințe; este probabil pentru înțelegerea percepțiilor, pentru înțelegerea realității, și poate chiar pentru a înțelege realitatea fizică. Deci, ceea ce am făcut noi a fost, în ultimii 15 ani, să disecăm neocortexul, sistematic. Este un pic ca și cum a te duce și a cataloga o parte din pădurea tropicala. Câți copaci are? Ce forme au copacii? Câți copaci de fiecare fel sunt acolo? Unde sunt poziționați?

Dar este un pic mai mult decat catalogarea pentru că de fapt trebuie să descriem și să descoperim toate regulile comunicării, regulile conexiunilor, pentru că neuronii nu se conectează cu orice fel de alt neuron. Ei aleg foarte atent cu cine se conectează. Este de asemenea mai mult decât catalogare pentru că de fapt trebuie să construiești modele digitale ale lor. Și am făcut exact asta pentru zeci de mii de neuroni, am construit modele tridimensionale ale diferitelor tipuri de neuroni pe care i-am întâlnit. Şi odată ce ai făcut asta, poți de fapt începe să construiești coloane neocorticale.

Și aici le facem conexiunile. Dar în timp ce faci asta, ceea ce observi este că ramurile se intersectează de fapt în milioane de locuri, și că la fiecare intersecție ele pot forma o sinapsă. Iar o sinapsă este o locație chimică unde ele pot comunica unele cu altele. Iar aceste sinapse împreună formează o rețea sau circuitul creierului. Acum, circuitul, puteți să îl priviți și ca țesătura creierului. Şi când vă gândiți la țesătura creierului, la structură, la cum este construit? Care este modelul covorului? Realizați că asta constituie o provocare fundamentală oricărei teorii a creierului, și în special teoriei care spune că exista o oarecare realitate care emerge din acest covor, din acest covor în particular cu un tipar specific.

Motivul este pentru ca cel mai important secret de construcție al creierului este diversitatea. Fiecare neuron este diferit. Este la fel ca în pădure. Fiecare copac este diferit. Puteți avea multe feluri diferite de copaci, dar fiecare copac este diferit. Și în creier este la fel. Deci nu este nici un neuron în creierul meu care să fie la fel cu un altul, și nu există nici un neuron în creierul meu care să fie la fel ca în al vostru. Iar neuronii voștri nu vor fi orientați și poziționați în exact același fel. Iar voi puteți avea mai mulți sau mai puțini neuroni. Deci este foarte improbabil ca să aveți același țesut, același circuit.

Deci, cum este posibil să creăm o realitate în care să ne înțelegem între noi? Ei bine, nu trebuie să facem speculații. Ne putem uita la toate cele 10 milioane de sinapse acum. Putem să ne uitam la țesătură. Și putem schimba neuronii. Putem utiliza diverși neuroni în diferite variații. Putem să îi poziționăm în locații diferite, să îi orientăm în locuri diferite. Putem folosi mai mulți sau mai puțini. Și când facem asta ceea ce am descoperit a fost că circuitele se schimbă. Dar modelul de cum circuitul este proiectat nu. Deci, țesutul creierului, chiar dacă creierul vă poate fi mai mic, mai mare, poate avea feluri diferite de neuroni, morfologii diferite de neuroni, noi de fapt împărtășim același țesut. Și credem că acest aspect este specific fiecărei specii, ceea ce înseamnă că asta ar putea explica de ce nu putem comunica între specii.

Deci, să îl pornim. Dar ca să realizam asta, ce trebuie să facem este să il aducem la viată. Noi îl aducem la viață cu ecuații, foarte multă matematică. Și, de fapt, ecuațiile care transformă neuronii în generatoare electrice au fost descoperite de doi laureați ai premiului Nobel de la Cambridge. Deci, avem instrumentul matematic care să aducă la viață neuronii. Avem de asemenea instrumentele matematice pentru a descrie cum colectează informația neuronii, și cum crează un mic fulger pentru a comunica unul cu celălalt. Si când ajung la sinapsă, ceea ce fac este că efectiv, literal, dau un șoc sinapsei. Este ca un șoc electric care eliberează substanțele chimice din aceste sinapse.

Și avem modelele matematice pentru a descrie acest proces. Astfel putem descrie comunicarea dintre neuroni. Sunt efectiv numai câteva ecuații necesare pentru a simula activitatea neocortexului. Dar pentru asta e nevoie de un computer foarte mare. De fapt e nevoie de un singur laptop pentru a face toate calculele pentru doar un singur neuron. Deci e nevoie de 10.000 de laptopuri. Deci unde se merge? Se merge la IBM, și se ia un supercomputer, pentru că ei știu cum să ia 10.000 de laptopuri și să le pună într-un spațiu cât un frigider. Deci avem acest supercomputer Blue Gene. Și putem încărca toți neuronii, fiecare pe câte un procesor, și să îi pornim, și să vedem ce se întîmplă. Haideți sa luăm covorul magic pentru o cursă.

Iată că îl activăm. Astfel putem avea o primă impresie despre ce se întâmplă în creierul nostru în prezența unui stimul. Iată o primă imagine. Acum, când vă uitați pentru prima dată la ea, gândiți, "Dumnezeule. Cum emerge realitatea din chestia aia?" Dar, de fapt, puteți începe, chiar dacă nu am antrenat această coloană neocorticală să creați o realitate specifică. Dar putem întreba, "Unde este trandafirul?" Putem întreba, "Unde este el înăuntru, dacă stimulăm rețeaua cu o imagine?" Unde este înăuntrul neocortexului? La urma urmei trebuie să fie acolo undeva din moment ce l-am stimulat cu asta.

Deci, felul în care putem privi asta este de a ignora neuronii, de a ignora sinapsele, și să privim doar activitatea electrică brută. Deoarece asta este ceea ce este creat. Sunt create tipare electrice. Prin urmare când facem asta, putem într-adevăr, pentru prima dată, să vedem aceste structuri fantomatice: obiecte electrice care apar în interiorul coloanei neocorticale. Sunt aceste obiecte electrice cele care conțin informația despre ceea ce a stimulat rețeaua. Iar când mărim imaginea este ca un veritabil univers.

Deci următorul pas este de a lua aceste coordonate ale creierului și să le proiectam într-un spațiu perceptual. Şi dacă facem asta, veți putea pași în interiorul realității care este creată de această mașină, de această bucată de creier. Deci, în rezumat, cred că universul ar fi -- este posibil -- dezvoltat un creier pentru a se vedea pe el însuși, care ar putea fi primul pas către a deveni conștient de el însuși. Mai sunt multe de făcut pentru a testa aceste teorii, și pentru a testa oricare alte teorii. Dar sper că sunteţi cel puțin parțial convinși că nu este imposibil să se construiască un creier. Putem să o facem în 10 ani, și dacă vom avea succes, vom trimite la TED, în 10 ani, o hologramă care să vă vorbească. Vă mulțumesc. (Aplauze)