Генри Маркрам строит мозг в суперкомпьютере

Наша миссия – построить детальную, реалистичную компьютерную модель человеческого мозга. За последние четыре года мы показали, что концепция состоятельна на примере небольшой части мозга грызуна, и на основе этого расширяем проект на крупные масштабы, чтобы достичь уровня мозга человека.
Почему мы это делаем? Для этого есть три важные причины. Первая. Понимание устройства человеческого мозга для нас важно, если мы намерены сосуществовать как сообщество, а это, по моему мнению, – поворотный этап для эволюции. Вторая причина – нельзя вечно продолжать экспериментировать на животных: необходимо отразить все полученные сведения и знания в работающей модели. Это как Ноев ковчег, как архив. И третья причина в том, что 2 млрд человек на планете страдают умственными расстройствами, а используемые сегодня лекарства, – в основном, эмпирические. Думаю, что нам удастся найти вполне конкретные способы излечения заболеваний.

Но уже сейчас, на данной стадии, можно использовать модель мозга для разработки фундаментальных вопросов о способах работы мозга. Здесь, на конференции TED, я намерен впервые поделиться с вами о том, как мы разрешаем вопросы, связанные с одной теорией – а теорий существует много – с одной теорией работы мозга. Эта теория говорит, что мозг создает и выстраивает свой вариант вселенной, и проецирует этот вариант вселенной на все вокруг себя, как если бы его окружал мыльный пузырь.

Конечно, на эту тему можно философствовать веками. Но теперь впервые есть возможность взяться за эту тему с помощью компьютерного моделирования мозга, мы можем ставить весьма систематические и четкие вопросы, чтобы разобраться, насколько эта теория верна. Так, Луна на горизонте нам кажется огромного размера по той простой причине, что наш пузырь восприятия не может растянуться на 380 тысяч километров. Его на это не хватает. А потому человек сравнивает строения, попадающие в пределы пузыря восприятия, и [на основании этого] принимает решение. Решение о том, что луна настолько велика, хотя на самом деле она не настолько велика.

Это демонстрирует, что решения — это опорные точки пузыря восприятия. Они позволяют нам выживать. Без принятия решений человек не может видеть, не может думать, не может чувствовать. Возможно, вы думаете, что действие анестезии состоит в том, чтобы ввести вас в глубокий сон или заблокировать ваши рецепторы, чтобы вы не чувствовали боли. Но на самом деле большинство анестетиков воздействуют иным образом. Они создают в мозгу отвлекающий шум с тем, чтобы нейроны не могли друг друга понять. А когда они в замешательстве, человек не в состоянии принять решение. Пока вы все еще соображаете, что там делает хирург, кромсающий ваше тело, хирург уже давно ушел. Сидит себе дома, чай пьет.

Так, когда вы приближаетесь к двери и открываете ее, то для [выполнения этой операции] вы неосознанно принимаете решения, тысячи решений: о размерах комнаты, стены, предметов в комнате. 99% того, что вы видите, – это не информация, поступающая через глаза. Это ваши заключения относительно комнаты. Например, с определенной долей уверенности можно сказать: «Я мыслю, значит, я существую». Но нельзя утверждать: «Вы мыслите, значит, вы существуете», поскольку понятие «вы» находится внутри моего пузыря восприятия.

Тема, конечно, может вызвать рассуждения и философствования, но в них не будет надобности в течение следующих ста лет. Можно поставить очень конкретный вопрос: «Может ли мозг построить такого рода восприятие?» В состоянии ли он сделать это? Располагает ли он для этого необходимым материалом? Именно об этом я собираюсь рассказать вам сегодня.

Итак, для построения мозга вселенной понадобилось 11 млрд лет. Ей пришлось улучшать его маленькими шагами. Пришлось развить фронтальную часть, чтобы обеспечить нас инстинктами, потому что этого требовало выживание на суше. По-настоящему крупным шагом вперед был неокортекс. Это – новый мозг. Он был необходим нам. Он необходим млекопитающим, чтобы они могли справиться со статусом родителя, с социальными связями, c комплексными когнитивными функциями.

Можно считать, что неокортекс – это лучшее на сегодня решение, к которому пришла вселенная в той мере, в какой мы ее понимаем. Это – вершина, конечный продукт, созданный вселенной. Он настолько успешно эволюционировал, что увеличился, от мыши к человеку, тысячекратно, если считать число нейронов. Получился этот почти устрашающий орган, вот такая структура. Путь эволюции неокортекса еще не завершился: на самом деле, неокортекс внутри мозга человека развивается с колоссальной скоростью.
При рассмотрении поверхности неокортекса крупным планом можно заметить, что он состоит из маленьких модулей, типа процессоров G5, как в компьютере. Но их – около миллиона штук. Для эволюции они оказались настолько успешными, что человек их множил и множил, добавляя все больше к своему мозгу до тех пор, пока внутри черепа уже не осталось места. Тогда мозг начал сворачиваться в складки – вот почему на неокортексе так много извилин. Мозг упаковывает колонки неокортекса с тем, чтобы иметь их побольше для выполнения более сложных функций.

Можно представить себе неокортекс, как огромный рояль с миллионами клавиш. При этом каждая из колонок неокортекса воспроизводит какую-то ноту. При стимулировании получается симфония. Но это не просто симфония восприятия. Это – симфония вашей вселенной, вашей реальности. Конечно же, требуются годы, чтобы достичь мастерства в игре на таком инструменте с миллионом клавиш. Вот почему детей надо посылать в высококлассные центры, рассчитывая в конечном итоге, скажем, на Оксфорд. Но дело не только в образовании. Большое значение имеет генетика. Кому-то повезло с рождением, или кто-то смог овладеть своими колонками неокортекса и исполняет потрясающие симфонии.

Кстати, есть новая теория аутизма – теория «интенсивного мира» – согласно которой колонки неокортекса выступают супер-колонками. Эти колонки крайне реактивны и супер-пластичны, поэтому аутисты, по-видимому, способны создавать и узнавать симфонии, непостижимые для нас. Однако ясно, что если внутри одной из колонок имеется отклонение, то одна нота диссонирует. Восприятие – та симфония, которую вы создаете – станет искаженным и обнаружатся симптомы заболевания.

Значит, заветная цель нейробиологии – да и не только нейробиологии – это понимание устройства колонки неокортекса. Возможно, так мы поймем, что такое восприятие, реальность и даже что такое физическая реальность. Так вот, в течение последних 15 лет мы систематически рассекали неокортекс. Это можно сравнить с составлением каталога джунглей. Сколько тут деревьев? Какова их форма? Сколько деревьев каждого типа? Где они расположены?

Однако здесь задача выходит за рамки простого составления каталога – необходимо описать и раскрыть все правила коммуникации, правила соединения, поскольку нейроны не так просто соединяются с другими нейронами. Они тщательно выбирают, с кем соединяться. Задача выходит за рамки простого составления каталога еще и потому, что нам надо построить трехмерную цифровую модель нейронов. Что мы и сделали для десятков тысяч нейронов: построили цифровые модели для нейронов всех различных типов, с которыми мы имели дело. Имея такие модели, мы смогли начать строить колонку неокортекса.

Вот как мы ее возводим. Но по мере этого процесса выяснилось, что пунктов пересечения ветвей – миллионы, и в каждом из этих пунктов они могут образовать синапс. Синапс – это пункт их химической взаимосвязи. Синапсы в совокупности образуют сеть, или контур мозга. Контур также можно считать структурой строения мозга. Но если речь о структуре строения мозга, то как она устроена? Каков узор на этом ковре? Выясняется, что тут скрыта глубочайшая проблема для любой теории мозга, и в особенности для такой теории, которая утверждает, что сквозь этот ковер, через его конкретный узор, проглядывает некая реальность.

Дело в том, что наиважнейшая тайна структуры мозга – его разнообразие. Каждый нейрон отличается от других. В лесу то же самое: каждая сосна – другая. В лесу может быть много различных видов деревьев, но каждая сосна отличается от других. И в мозгу то же самое: в моем мозгу нет нейрона, идентичного другому, и нет у меня такого нейрона, идентичного какому-либо нейрону в вашем мозгу. Более того, ваши нейроны не будут ориентированы и расположены в точности одинаково. У кого-то окажется больше нейронов, у кого-то меньше. Весьма маловероятно, чтобы у вас оказалось то же строение мозга, те же контуры.

В таком случае, как же человеку удается построить такую реальность, что люди могут друг друга понимать? Что ж, заниматься домыслами нам не придется. Сегодня мы можем изучить все 10 млн синапсов. Мы можем изучить строение мозга. И мы в состоянии изменить нейроны. Мы можем по-разному использовать различные нейроны: расположить их в различных местах и ориентировать их по-разному. Можем использовать большее или меньшее число нейронов. Обнаружилось, что когда человек это делает, контуры связей меняются, но узоры устройства контуров остаются те же. Значит, строение мозга, несмотря на то, что его размеры могут быть меньше или больше, несмотря на то, что он может иметь разные типы нейронов, разную морфологию нейронов, несмотря на это, у всех нас строение мозга одинаково. Мы считаем, что это – характеристика вида животного, что, возможно, объясняет невозможность общения различных видов между собой.

Сейчас мы включим эту штуку. Для этого сначала придется ее оживить, и мы оживим ее с помощью уравнений и большой дозы высшей математики. Кстати, уравнения, трактующие нейроны в качестве электрических генераторов, были обнаружены двумя нобелевскими лауреатами из Кембриджа. Итак, мы располагаем математическим аппаратом, способным оживить нейроны. Мы также располагаем математическим аппаратом для описания их способа сбора информации, для описания того, как они создают маленькие искры для коммуникации друг с другом. И когда эти искорки достигают синапсов, они буквально встряхивают его. Это подобно удару электрическим током, который высвобождает из синапсов химические элементы.

У нас есть математическое описание процесса, значит, мы можем описать связь между нейронами. Всего лишь несколькими уравнениями можно смоделировать деятельность неокортекса. Однако для этого требуется очень мощный компьютер. Фактически, вычисление работы одного-единственного нейрона требует ресурсов одного ноутбука. Так что, потребуется 10 тысяч ноутбуков. Где же их найти? Надо обратиться в IBM, чтобы они сделали суперкомпьютер – там знают, как вместить 10 тысяч ноутбуков в размер обычного холодильника. Вот так мы и получили наш суперкомпьютер Blue Gene [Синий Ген]. Мы загружаем туда данные по всем нейронам, каждый на свой микропроцессор, и активизируем их, чтобы посмотреть, что происходит. Приглашаю сесть на Ковер-Самолет.

Вот мы его заводим. А вот первый пейзаж того, что происходит в мозгу при стимулировании. Это – первый обзор. Когда видишь такое впервые, возникает мысль: «С ума сойти! Как из этого выводится реальность?» Но, на самом деле, можно начать строить конкретную реальность, хотя мы и не обучали этому данную колонку неокортекса. Можно спросить: «Где роза?» Разумно спросить: «Где роза внутри…» – если создать стимул через картину – «…где внутри неокортекса находится роза?» Раз уж мы стимулируем его розой, то она в конечном итоге должна быть где-то внутри неокортекса.

Так вот, для ответа на этот вопрос можно спокойно игнорировать нейроны, игнорировать синапсы и следить только за чисто электрической составляющей. Ведь нейроны порождают именно это, они порождают электрические структуры. Когда мы осуществили это, мы действительно впервые увидели призрачные структуры в качестве электрических объектов внутри колонок неокортекса. Так вот, именно эти электрические объекты содержат всю информацию о том, что составляло источник стимула. Крупным планом это выглядит как настоящая вселенная.

Значит, следующий шаг – спроецировать координаты мозга на пространство восприятия. Если это сделать, то можно будет войти внутрь реальности, создаваемой этим машиной, этой частью мозга. Итак, в качестве резюме скажу, что вселенная, возможно, – да, это вполне возможно – в своей эволюции создала мозг, чтобы увидеть себя. Это может быть первым шагом на пути к ее самосознанию. Для проверки этой теории, да и любой другой теории, потребуется еще многое сделать. Но я надеюсь, что вы убедились, по крайней мере частично, что построить мозг – в пределах возможного. Мы можем добиться этого за 10 лет, и если нам это удастся, то через 10 лет мы пошлем на конференцию TED голограмму, которая сделает вам доклад.

Перевод: Намик Касумов
Редактор: Ирина Макарова

Источник