Тайните на функционирането на човешкия мозък винаги са вълнували учените. Винаги е имало опити за имитиране на човешкия мозък. Проектът за човешкия мозък е един такъв опит. На какъв етап са учените? Има ли успехи?
Човешкият мозък е най-мистериозният биологичен компютър, който познаваме. Всъщност ние не знаем достатъчно за него, въпреки усилията на учените да го научат по все по-сложни начини през вековете. Само най-новите технологии могат да ни дадат истинско знание, за което преди само можехме да гадаем. Това не променя факта, че все още сме далеч от пълното осъзнаване. На какъв етап са съвременните учени?
Също интересно: Какво представляват невронните мрежи и как работят?
Терминът "изкуствен интелект"
През 1950-те години на миналия век, когато терминът „изкуствен интелект“ се появи за първи път в науката и изследователите на ИИ успешно доказаха, че можете да научите машина да прави неща, които не можете да направите сами, те бяха развълнувани от това. Простата възможност машината да може да се учи, да доказва математически теореми сама (това беше направено например с програмата Logic Theorist, разработена през 1955 г. от Алън Нюел и Хърбърт Саймън), или да играе на дама и да победи човек (програмата на Артър Самуел, инженер от IBM, по-късно професор в Станфордския университет), накара научния свят да повярва, че пълната симулация на човешкия мозък е само след няколко години.
Изминаха десетилетия и въпреки огромния растеж на изчислителната мощ, развитието на изкуствени невронни мрежи и AI алгоритми с дълбоко машинно обучение, все още сме далеч от симулирането дори на фрагменти от мозъка. Просто казано, пионерите на AI от втората половина на 20-ти век силно подценяват възможностите на тази „желеобразна маса“ в нашите костенурки, която е 90% вода.
Също интересно: ChatGPT: Лесни инструкции за употреба
Мозъкът е сложен
При раждането човешкият мозък тежи приблизително 300 г. Един напълно развит мозък на възрастен тежи приблизително 1,5 kg. Тези 1,5 кг съдържат цялата ни вселена и всички умствени способности, които имаме. Не само съзнателни, като абстрактно мислене, креативност, но и такива, които не осъзнаваме: моторика на движенията, контрол на кръвоносната система, дишане и много, много други.
Популярно твърдение сред учените е, че човешкият мозък се състои от приблизително 100 милиарда неврони. Не знаем точния им брой и той може да е различен при всеки индивид от човешкия вид. Но да приемем, че това е вярно и това число не е толкова малко. 100 милиарда са много, но съвременните суперкомпютри могат да симулират дори по-големи обекти. Проблемът обаче е, че невронът е нещо много по-сложно от, например, тексел в 3D графика, пиксел в изображение или всеки друг обект, който може да бъде описан само с малка част от кода.
Невроните в нашия мозък са свързани помежду си. Това не са физически връзки, защото тогава електрическите импулси, генерирани в отделните неврони, бързо биха се разпространили из цялото тяло, което на практика би го направило невъзможно да функционира. Предаването на информация в нашия мозък се основава както на електричество (импулси), така и на химия (невротрансмитери). Всеки неврон (да си припомним популярната сега представа за неврона като „дърво“ с характерни дендрити) може да бъде свързан с други с помощта на до десет хиляди синаптични връзки.
Съгласете се, 10000 XNUMX връзки от една нервна клетка са много по-високо ниво на сложност от логическите порти в транзисторите. Ако се опитаме да преброим броя на всички възможни връзки между невроните и състоянията, които те могат да получат във всеки един момент (само едно), ще получим огромно число, което далеч надхвърля изчисления брой атоми в цялата наблюдавана вселена. Използвайки този подход, много учени, които са специализирани в невробиологията и също имат опит в компютърните науки, смятат, че дори при сегашното ниво на познание и очакваното му развитие, пълната симулация на такъв сложен орган е задача, която ще надхвърли нашите възможности за дълго време. Но това не означава, че учените не правят нищо и не са постигнали нищо. Нека да разгледаме някои проекти, които имат за цел да симулират, ако не целия човешки ум, то поне част от него.
Прочетете също: 7 най-готини употреби на ChatGPT
40 минути и една секунда
През 2013 г. японски учени от Технологичния институт на Окинава и немски изследователи от Forschungszentrum Jülich обединиха усилията си и използваха един от най-мощните суперкомпютри на нашата планета по това време (наречен K Computer, лидер в списъка Top500 през 2011 г.) с изчислителна мощност от 8,16 PFLOPS (или 8,16 квадрилиона операции с плаваща запетая в секунда), за да се опитате да симулирате само част от мозъка. Като цяло симулацията се състоеше от картографиране на работата на 1,73 милиарда неврони, които заедно създадоха мрежа от 10,4 трилиона синаптични връзки. Това е малко повече от 1 процент от потенциала на това биологично „желе“, заседнало в черепа ви. Симулацията използва пълната мощност на 82944 процесора Sparc64 VIIIfx (една система има тактова честота от 2 GHz и 8 ядра). Този подход проработи ли?
Според учените да, но от друга страна... зависи как го погледнеш. Приблизително 40 минути работа на този суперкомпютър са продължили за симулация на само 1 секунда работа на споменатия фрагмент от невронната мрежа на мозъка. Следователно, въпреки че фактът, че симулацията изобщо е била проведена, може да се нарече успех, защото ефектите, времето за изчисление и обемът на симулацията показват пред какъв огромен проблем сме изправени тук. И трябва да се помни, че с увеличаване на броя на невроните, сложността на синаптичната мрежа нараства не линейно, а експоненциално! Ако за същата задача беше използван дори най-бързият в момента американски суперкомпютър Frontier, работещ в Националната лаборатория в Оук Ридж и имащ изчислителна мощност от цели 1102 PFLOPS, т.е. 135 пъти по-голяма от споменатия японски K Computer, това нямаше да означава че Frontier може да симулира (със същите параметри на модела) невронна мрежа 135 пъти по-голяма. Същата симулация на една реална секунда на мрежа от 1,73 милиарда неврони ще продължи на американски суперкомпютър не 40 минути, а по-малко от 18 секунди. Но това все още е много повече от истинска мрежова симулация в реално време и е само малка част от това, което имаме в главите си. Симулирането на работата на целия ум все още принадлежи към сферата на научната фантастика. Но учените все още се опитват.
Прочетете също: За квантовите компютри с прости думи
Европейски проект за човешкия мозък
Проектът за човешкия мозък (HBP) по своя мащаб и средствата, отделени за този научен проект, може да се сравни с друг проект, свързан с човека - известният проект "Човешкият ген", продължил от 1990 до 2003 г. За да разберем напълно човешкия геном, проектът за човешки мозък има за цел да помогне на учените да разберат по-добре нашите мозъци. Проектът за човешкия мозък обаче, който продължава от 2013 г. и първоначално трябваше да приключи след десетилетие на изследване (т.е. през 2023 г.), дори не се доближава до симулиране на целия мозък. И така, какви цели учените планират да постигнат с това изследване?
Основната цел на HBP не е да симулира целия мозък, тъй като се надявам, че вече сме показали, че тази задача е извън възможностите на нашата цивилизация днес. Целта е поне частично овладяване на сложността на мозъка. Това ще помогне за развитието на такива науки като медицина, компютърни науки, неврология, както и за развитието на технологии, чиято работа е вдъхновена от това как работят умовете ни.
Един от резултатите от проекта HBP е създаването на дигитална платформа за изследване на мозъка EBRAINS. EBRAINS е платформа с отворен код, която позволява на изследователи от цял свят да използват цифрови инструменти, налични в защитена облачна среда. С други думи, EBRAINS предоставя на учените инструменти за моделиране и анализиране на функционирането на отделни области на мозъка.
Един такъв инструмент е програмата за симулация на виртуален мозък, създадена от HBP и EBRAINS. Този инструмент е напълно неспособен да симулира работата на целия мозък, но позволява например на изследователите на нови лекарства да симулират ефектите им върху групи от неврони. Това от своя страна ще позволи на учените да разработят нови лечения, полезни за комплексни заболявания като болестта на Алцхаймер, депресия, болестта на Паркинсон и др.
Също интересно:
- И така, да говоря или да не говоря? Мъск отрича да е разговарял с Путин. Но има едно "но"
- Съвременната артилерия е супер оръжието на Украйна. И защо Илон Мъск е тук?
US BRAIN инициатива
Още по-голям и нов проект, иницииран от американски изследователски институции, е US BRAIN Initiative. Това е друг многогодишен изследователски проект за милиарди долари, насочен към картографиране на човешкия конектом. Какво е връзка? Това е набор от нервни връзки на този организъм. Точно както геномът е пълна карта на генетичната верига, така и протеомът е пълна карта на протеините на даден организъм. Вече познаваме човешкия геном, откриването му струва милиарди долари. Днес изследването на генома е широко достъпно и например генетичните тестове за наличие на дефект струват няколкостотин долара. Пълният геном е малко по-скъп, но все пак с порядък по-малък от цената на първото прочитане на човешка ДНК.
Да се върнем на Connectome и американския проект BRAIN. Каква е целта на този проект? Джош Гордън, директор на Националния институт за психично здраве на САЩ в Бетесда, Мериленд, каза: „Познаването на всички видове мозъчни клетки, как се свързват помежду си и как си взаимодействат, ще открие изцяло нов набор от терапии, които днес ние дори не мога да си представя." В момента се създава и систематично развива най-големият в света каталог на видовете нервни клетки. Този каталог, наречен BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), описва колко различни типа клетки има в мозъка, в какви пропорции се срещат, как са пространствено разпределени и какви взаимодействия възникват между тях.
Откъде идва този подход? От необходимостта да разберем как работи мозъкът. Предимствата на този подход са обяснени в изявление за Nature от невролога Кристоф Кох, главен учен на програмата MindScope, която се изпълнява от Института за мозъчни науки Алън в Сиатъл: „Както нищо в химията няма смисъл без периодичната таблица на елементи, нищо няма да има смисъл в разбирането на мозъка без разбиране на съществуването и функционирането на отделните видове клетки".
Ако хипотетично сме постигнали технологичния потенциал да можем да сканираме клетка по клетка и например да пресъздадем човешкия мозък, такъв подход би означавал, че дори и да успеем (което днес не е реалистично), пак няма да разберем защо мозъкът работи така, както наистина се случва. И няма значение дали говорим за мозъка като жив биологичен орган или негов цифров, хипотетично клониран аналог. МОЗЪК и справочник BICCN са отправни точки за разбиране на структурата и работата на всяка невронна верига и следователно за разбиране на сложното поведение, което управлява всички видове с толкова сложен орган като мозъка.
Изследванията продължават, а учените постоянно представят новите си постижения на специално създаден сайт. Затова съм сигурен, че скоро ни очакват още по-интересни открития.
Също интересно:
Скоро ще бъде възможно да се извадят мозъците на всички без нужда...