Henry Markram modeluje mozog v superpočítači

Našou misiou je zostrojiť detailný a realistický počítačový model ľudského mozgu. Posledných pár rokov sme testovali niekoľko konceptov, na menšej vzorke hlodavcov. Toto testovanie v súčasnosti rozširujeme, aby sme obsiahli aj ľudský mozog.

Prečo to vlastne robíme? Najmenej z troch dôvodov: Po prvé, porozumieť ľudskému mozgu je pre nás zásadná vec, ak máme spoločensky napredovať, myslím, že je to kľúčový krok v evolúcii. Druhý dôvod je, že experimenty so zvieratami nemôžeme robiť donekonečna, ale potrebujeme zahrnúť všetky naše poznatky a vedomosti do funkčného modelu. Je to ako Noeho Archa, podobné archívu. Tretím dôvod je že, na svete sú dve miliardy ľudí postihnutí mentálnymi poruchami a lieky ktoré sa v súčasnosti používajú, sú prevažne empirické. Myslím, že môžeme prísť s veľmi konkrétnymi riešeniami, ako liečiť postihnutia.

Teraz sme už dokonca v štádiu používať model mozgu vo výskume niektorých zásadných otázok, o tom ako mozog funguje. A tu, na TEDe, po prvý krát by som s vami rád zdieľal a predstavil - jednu teóriu --- je viacej teórii-- jednu teóriu fungovania mozgu. Táto teória hovorí, že mozog vytvára, buduje, verziu vlastného vesmíru. A túto svoju predstavu vesmíru projektuje ako bublinu, ktorá všetko obklopuje.

Samozrejme, že toto je už po stáročia predmetom filozofickej diskusie, ale po prvý krát to môžeme skutočne ukázať na simulácii mozgu, a pýtať sa veľmi systematicky a presne otázky čí by táto teória mohla byť pravdivá. Dôvodom prečo je mesiac na horizonte veľký, je jednoducho preto, lebo bublina nášho vnímania, sa nedokáže natiahnuť na 380 000 kilometrov. Spotrebuje svoj priestor. A tak urobíme to, že porovnávame budovy v našej bubline vnímania a urobíme rozhodnutie. Rozhodneme, že je práve tak veľký, napriek tomu, že nie je taký veľký.

A toto nám ilustruje fakt, že rozhodnutia sú kľúčové faktory, ktoré podporujú našu bublinu vnímania. Udržiavajú ju pri živote. Bez týchto rozhodnutí nemôžete vidieť, nemôžete myslieť a nemôžete cítiť. Možno si myslíte, že anestetiká takto fungujú, že vás uvedú do stavu hlbokého spánku, alebo blokovaním vašich receptorov tak, že necítite bolesť, v skutočnosti ale väčšina anestetík takto nefunguje. Robia to, že narobia v mozgu hluk tak, že neuróny si vzájomne nerozumia. Sú zmätené, a vy sa nemôžete rozhodovať. Takže, kým sa snažíte dať vašu myseľ do poriadku, doktor alebo chirurg, čo si rúbe cestu do vášho tela, je dávno preč. Je doma a popíja čajík. (Smiech)

Keď vchádzate do dverí a otvárate ich, aby ste vnímali musíte robiť niečo neodolateľné, robíte rozhodnutia. Tisícky rozhodnutí o veľkosti miestnosti, stenách, výške, objektoch v miestnosti. 99% z toho čo vidíte, nevstupuje do vašej mysle očami. Usudzujete to o tej miestnosti. S nejakou určitosťou môžem povedať „Myslím, teda som.“ Avšak nemôžem povedať, " Vy myslíte, preto ste" pretože Vy ste v mojej bubline vnímania.

Môžeme o tom špekulovať a filozofovať avšak nasledujúcich sto rokov to vôbec netreba. Môžeme sa pýtať veľmi konkrétnu otázku „Môže mozog vytvárať takúto percepciu (vnímanie)?“ Je toho schopný? Má na to materiál? A to sa vám pokúsim dnes opísať.

Vesmíru trvalo 11 miliárd rokov, kým vznikol mozog. Bolo ho treba trochu vylepšiť. Pridať čelnú časť, aby ste mali inštinkty, aby sa vysporiadal s pobytom na súši. Najväčším skokom však bol neokortex. Je to nový mozog, potrebovali ste ho. Cicavce ho potrebovali, pretože sa potrebovali vysporiadať s rodičovstvom, spoločenskou interakciou, komplexnými kognitívnymi funkciami.

Dnes môžeme vlastne neokortex považovať za posledné riešenie vesmíru takého ako ho poznáme. To je vrchol, konečný produkt ktorý vesmír vytvoril. Bol v evolúcii natoľko úspešný, že od myši k človeku sa zväčšil približne tisíc krát pokiaľ ide o množstvo neurónov, aby takto vytvoril skoro strašidelný orgán, štruktúru. A svoju evolučnú cestu ešte stále nezastavil. Ľudský neokortex a ľudský mozog sa v skutočnosti vyvíja ohromnou rýchlosťou.

Ak sa priblížime k povrchu neokortexu, zistíte, že je vyrobený z malých modulov, G5 procesorov, podobne ako počítač. Týchto sú však milióny. V evolúcii boli natoľko úspešné, že sme ich duplikovali, znova a znova, a pridávali viac a viac do mozgu kým sme spotrebovali priestor v lebke. Mozog sa začal nabaľovať sám na seba, čo je dôvod, prečo je neokortex tak nesmierne spletitý. Zabaľujeme ich do stĺpcov, aby sme mali viacej neokortexových stĺpcov na vykonávanie ešte zložitejších funkcii.

Neokortex si môžete vlastne predstaviť ako obrovské piano, s miliónom klávesníc. Každý z týchto neokortexových stĺpcov Bude vydávať vlastný tón. Vy ho stimulujete; on produkuje symfóniu. Avšak nejde len o symfóniu vnímania. Je to symfónia vášho vesmíru, vašej reality. Trvá to samozrejme roky, kým sa naučíte hrať na piane, čo má milión kláves. Preto musíte poslať deti do dobrých škôl, dúfajme, že nakoniec na Oxford. Ale nejde len o vzdelanie. Je to tiež genetika. Mohli ste sa narodiť ako šťastlivec. Alebo viete ako ovládať vaše neokortexové stĺpce a komponujete perfektnú symfóniu.

Je tiež teraz nová teória autizmu, čo sa volá "Intense world teória" a tvrdí, že neokortexové stĺpce sú super-stĺpce. Sú veľmi reaktívne a nesmierne plastické a pravdepodobne práve preto sú autisti schopní vytvoriť a naučiť sa symfóniu, ktorá je pre nás nepochopiteľná. Môžete tiež pochopiť, že ak máte chorobu, v jednom z týchto stĺpcov nota bude znieť niekde mimo. Vnímanie, symfónia, ktorú vytvárate sa pokazí a prejavia sa symptómy choroby.

Takže, pre neurológiu svätý grál je pochopiť dizajn neokortexových stĺpcov. A nejde len o neurológiu, ide možno o to pochopiť vnímanie, pochopiť realitu a možno tiež pochopiť fyzikálnu realitu. Posledných 15 rokov sme sa snažili neokortex systematicky rozanalyzovať. Je asi ako dokumentovať jednotlivé časti pralesa. Koľko má stromov? Aký majú tvar? Koľko rozličných druhov stromov má, a kde sú umiestnené?

A je to ešte viacej ako len dokumentácia, pretože v skutočnosti musíte popísať a objaviť všetky formy komunikácie. Pravidlá konektivity. Pretože neuróny sa neradi spájajú s hociktorými inými neurónmi. Veľmi starostlivo si vyberajú, s kým sa spoja. Je to viac ako len dokumentáciu aj preto, lebo potrebujete zostrojiť ich trojrozmerný digitálny model. A toto sme robili pre desiatky tisícov neurónov, budovali sme model pre všetky rozličné typy neurónov, s ktorými sme prišli do kontaktu. A keď to už máte, môže nakoniec začať budovať neorkotexový stĺpec.

Tu ich vlastne navíjame. Avšak keď to robíte, zbadáte že, jednotlivé vetvy sa navzájom križujú. prakticky v miliónoch miestach. V každej z týchto križovatiek Môžu vytvoriť synapsiu. Synapsia je chemická lokácia, kde môžu neuróny navzájom medzi sebou komunikovať. Spoločne tieto synapsie vytvoria sieť alebo mozgový obvod. Obvod si môžete predstaviť ako mozgovú tkaninu. Keď si predstavíte túto látku, štruktúru, ako je zostrojená? Aký je vzorec pre tento koberec? Uvedomíte si, že to zásadne spochybňuje všetky teórie mozgu osobitne teóriu, ktorá hovorí, že je nejaká realita mimo tohto koberca, mimo tohto osobitného koberca s jedinečnou štruktúrou.

Dôvodom je, že najväčším tajomstvom mozgovej stavby je diverzita. Každý neurón je iný. Tak isto ako v prírode. Každá borovica je iná. Môžeme mat veľa typov stromov, ale každá jedna borovica je odlišná. A to isté platí pre mozog. Takže v mojej hlave nie je ani jeden neurón rovnaký ako druhý, a neexistuje ani jeden neurón rovnaký v mojej a vašich hlavách. A vaše neuróny nie sú nasmerované a umiestnené presne takým istým spôsobom. A môžete mat viac alebo menej neurónov. Je veľmi nepravdepodobné, že by ste mali rovnakú štruktúru, rovnaký obvod.

Takže, ako sme vôbec mohli vytvoriť realitu, v ktorej by sme sa dorozumeli? Nuž, nemusíme špekulovať. Môžeme sa pozrieť na všetkých desať miliónov synapsí. Môžeme sa pozerať na štruktúru. A môžeme zmeniť neuróny. Môžeme meniť neuróny, používať rôzne variácie, môžeme ich umiestniť na rôzne miesta, nasmerovať ich v rozličných miestach, môžeme ich používať viac alebo menej. Keď to robíme, zistíme, že obvod sa mení, ale vzorec akým sa obvod konštruuje sa nemení. Štruktúru mozgu, čí je váš mozog väčší, menší, bez ohľadu na rozličné typy neurónov, rôznorodé stavby neurónov, v skutočnosti zdieľame všetci tú istú štruktúru. Myslíme si, že toto je osobitosť druhu, čím sa dá vysvetliť, prečo nemôžeme komunikovať medzi ostatnými druhmi.

Takže spustime to. Skôr ako to urobíme, to čo musíte urobiť musíte to oživiť. Podarilo sa nám to oživiť rovnicami, veľkým množstvom matematiky. Sú to práve rovnice, ktoré integrujú neuróny do elektrických generátorov, objavené dvoma Cambridgeskými Nobelovými laureátmi. Máme matematiku, aby sme neuróny oživili. Matematikou tiež vieme opišať, ako neuróny zbierajú informácie, ako vytvárajú malé svetelné záblesky, aby medzi sebou komunikovali. Keď sa dostanú k synapsii urobia to, že jej efektívne spôsobia doslova šok. Elektrický šok, ktorý zo synapsí uvoľňuje chemikálie.

A my máme matematiku, aby sme tento proces popísali. Dokážeme popísať komunikáciu medzi neurónmi. Prakticky je to len hŕstka rovníc, ktorými potrebujete simulovať aktivitu neokortexu. To čo však potrebujete je veľmi veľký počítač. V skutočnosti potrebujete jeden laptop, aby robil všetky kalkulácie len pre jeden neurón. Takže potrebujete desať tisíc laptopov. Takže kam pôjdete? Idete do IBM, a dostanete superpočítač, pretože vedia ako dať dokopy 10 tisíc laptopov a dať do skrine o veľkosti chladničky. Teraz máme tento Blue Gene superpočítač. Môžeme nahrať všetky neuróny každý na svoj procesor a rozpáliť to a sledovať, čo sa stane. Zajazdiť si na lietajúcom koberci.

Tu sme to aktivovali. A tu máme predbežný náhľad, čo sa deje vo vašom mozgu keď dostane podnet. Je to prvý náhľad. Keď sa na to prvý krát pozriete, poviete si, „Dobrý Bože ako sa z toho vytvorí realita?“ Ale v skutočnosti môžete pokračovať, aj keď sme tento neokortexový stĺpec netrénovali, vytvárať špecifickú realitu. Môžeme sa ale pýtať: „Kde je ruža?“ Môžeme sa pýtať, "Kde vnútri sa nachádza, keď ho stimulujeme obrazom? Kde vnútri neokortexu sa nachádza? Nakoniec tam niekde bude, ak tento stimul dostane.

Spôsob, ako sa na to môžeme pozerať je ignorovať neuróny, ignorovať synapsie, a pozrieť sa len na hrubú elektrickú aktivitu. Pretože o to vlastne ide, to vytvára. Vytvára elektrické vzorce. Keď sme to urobili, vlastne, prvý krát, sledovali sme túto ducho-podobnú štruktúru: Elektrické objekty objavujúce sa vnútri neokortexového stĺpca. Sú to práve tieto elektrické objekty, ktoré obsahujú všetky informácie o čomkoľvek čo simulovali. Keď sme to celé priblížili je to niečo ako skutočný vesmír.

Ďalším krokom bude len vziať tieto mozgové súradnice, a premietať ich do vnímateľného priestoru. Ak to urobíme budeme schopní vkročiť do vnútra reality, ktorá je vytváraná týmto strojom, touto časťou mozgu. Na záver, myslím si, že vesmír môže ma5 -- je to možné -- mozog, ktorý natoľko dospel, že je schopný vidieť sám seba. Môže to byť prvý krok v procese uvedomovania si samého seba. Veľa toho ešte ostáva na testovanie týchto teórii a na testovanie ostatných teórii. Ale dúfam, že ste aspoň čiastočne presvedčení, že nie je nemožné postaviť mozog. Do desiatich rokov sme toho schopní, a ak v tom uspejeme pošleme vám sem na TED o 10 rokov hologram, aby k vám hovoril. Ďakujem vám. (Potlesk)