Misterije funkcionisanja ljudskog mozga oduvek su mučile naučnike. Oduvijek je bilo pokušaja imitacije ljudskog mozga. Projekat ljudskog mozga je jedan od takvih pokušaja. U kojoj su fazi naučnici? Ima li uspjeha?
Ljudski mozak je najmisteriozniji biološki kompjuter koji poznajemo. U stvari, ne znamo dovoljno o tome, uprkos naporima naučnika da o tome saznaju na sve sofisticiranije načine tokom vekova. Samo najnovije tehnologije mogu nam dati pravo znanje o kojem smo prije mogli samo nagađati. To ne mijenja činjenicu da smo još uvijek daleko od pune svijesti. U kojoj su fazi savremeni naučnici?
Također zanimljivo: Šta su neuronske mreže i kako rade?
Izraz "vještačka inteligencija"
Pedesetih godina prošlog veka, kada se pojam „veštačka inteligencija” prvi put pojavio u nauci i kada su istraživači veštačke inteligencije uspešno dokazali da možete naučiti mašinu da radi stvari koje ne možete sami, bili su uzbuđeni zbog toga. Jednostavna mogućnost da mašina može naučiti, dokazati matematičke teoreme sama (to je učinjeno, na primjer, programom Logic Theorist koji su 1950. razvili Allen Newell i Herbert Simon), ili igrati dame i pobijediti čovjeka (program Arthura Semjuel, IBM inženjer, kasnije profesor na Univerzitetu Stanford), naveo je naučni svet da veruje da je potpuna simulacija ljudskog mozga udaljena samo nekoliko godina.
Prošle su decenije, i uprkos ogromnom rastu računarske snage, razvoju veštačkih neuronskih mreža i AI algoritama sa dubokim mašinskim učenjem, još smo daleko od simulacije čak i fragmenata mozga. Jednostavno rečeno, pioniri veštačke inteligencije u drugoj polovini 20. veka umnogome su potcenili mogućnosti ove "želatinske mase" kod naših kornjača, koja je 90% vode.
Također zanimljivo: ChatGPT: Jednostavna uputstva za upotrebu
Mozak je složen
Pri rođenju, ljudski mozak teži približno 300 g. Potpuno razvijen mozak odrasle osobe teži približno 1,5 kg. Ovih 1,5 kg sadrži cijeli naš univerzum i sve mentalne sposobnosti koje imamo. Ne samo one svjesne, kao što su apstraktno razmišljanje, kreativnost, već i one kojih nismo svjesni: pokretljivost pokreta, kontrola cirkulacijskog sistema, disanje i još mnogo, mnogo više.
Među naučnicima je popularna izjava da se ljudski mozak sastoji od otprilike 100 milijardi neurona. Ne znamo njihov tačan broj, a može se razlikovati kod svakog pojedinca iz ljudske vrste. Ali pretpostavimo da je to istina, a ovaj broj nije tako mali. 100 milijardi je puno, ali moderni superkompjuteri mogu simulirati i veće objekte. Međutim, problem je u tome što je neuron nešto mnogo složenije od, na primjer, teksela u 3D grafici, piksela na slici ili bilo kojeg drugog objekta koji se može opisati samo malim dijelom koda.
Neuroni u našem mozgu su međusobno povezani. To nisu fizičke veze, jer bi se tada električni impulsi generirani u pojedinim neuronima brzo širili po cijelom tijelu, što bi praktično onemogućilo funkcioniranje. Prijenos informacija u našem mozgu zasniva se i na elektricitetu (impulsi) i na hemiji (neurotransmiteri). Svaki neuron (podsjetimo se sada popularne slike neurona kao "drveta" sa karakterističnim dendritima) može se povezati s drugima uz pomoć do deset hiljada sinaptičkih veza.
Slažem se, 10000 veza iz jedne nervne ćelije je mnogo viši nivo složenosti od logičkih kapija u tranzistorima. Ako pokušamo da izbrojimo broj svih mogućih veza između neurona i stanja koja mogu dobiti u datom trenutku (samo jedno), dobićemo ogroman broj koji daleko premašuje procijenjeni broj atoma u cijelom vidljivom svemiru. Koristeći ovaj pristup, mnogi naučnici koji se specijaliziraju za neurobiologiju i također imaju iskustvo u informatici vjeruju da je, čak i uz trenutni nivo znanja i njegov očekivani razvoj, potpuna simulacija tako složenog organa zadatak koji će premašiti naše mogućnosti za dugo vremena. Ali to ne znači da naučnici ništa ne rade i da ništa nisu postigli. Pogledajmo neke projekte koji imaju za cilj da simuliraju, ako ne cijeli ljudski um, onda barem dio.
Pročitajte također: 7 najboljih upotreba ChatGPT-a
40 minuta i jedna sekunda
Godine 2013. japanski naučnici sa Okinavskog tehnološkog instituta i njemački istraživači iz Forschungszentrum Jülich udružili su snage i koristili jedan od najmoćnijih superkompjutera na našoj planeti u to vrijeme (nazvan K Computer, lider liste Top500 2011.) sa računarskom snagom. od 8,16 PFLOPS (ili 8,16 kvadriliona operacija s pomičnim zarezom u sekundi) da pokušamo simulirati samo dio mozga. Generalno, simulacija se sastojala od mapiranja rada 1,73 milijarde neurona, što je zajedno stvorilo mrežu od 10,4 triliona sinaptičkih veza. To je nešto više od 1 posto potencijala tog biološkog "želea" zaglavljenog u vašoj lobanji. Simulacija je koristila punu snagu 82944 Sparc64 VIIIfx procesora (jedan sistem ima frekvenciju takta od 2 GHz i 8 jezgara). Da li je ovaj pristup uspio?
Prema naučnicima, da, ali s druge strane... zavisi kako na to gledate. Otprilike 40 minuta rada ovog superkompjutera trajalo je za simulaciju od samo 1 sekunde rada pomenutog fragmenta neuronske mreže mozga. Dakle, iako se činjenica da je simulacija uopšte i sprovedena može nazvati uspešnom, jer efekti, vreme izračunavanja i obim simulacije pokazuju sa kakvim ogromnim problemom se ovde suočavamo. I treba imati na umu da se s povećanjem broja neurona, složenost sinaptičke mreže povećava ne linearno, već eksponencijalno! Kada bi se za isti zadatak koristio čak i trenutno najbrži američki superkompjuter Frontier, koji radi u Oak Ridge National Laboratory i koji ima računsku snagu od čak 1102 PFLOPS, odnosno 135 puta veću od spomenutog japanskog K Computera, to ne bi značilo da bi Frontier mogao simulirati (sa istim parametrima modela) neuronsku mrežu 135 puta veću. Ista simulacija jedne stvarne sekunde mreže od 1,73 milijarde neurona trajat će na američkom superkompjuteru ne 40 minuta, već manje od 18 sekundi. Ali ovo je još uvijek mnogo više od stvarne simulacije mreže u realnom vremenu, i samo je mali dio onoga što imamo u našim glavama. Simulacija rada cjelokupnog uma još uvijek spada u područje naučne fantastike. Ali naučnici i dalje pokušavaju.
Pročitajte također: O kvantnim kompjuterima jednostavnim riječima
Evropski projekat ljudskog mozga
Projekat Ljudski mozak (HBP) po obimu i sredstvima izdvojenim za ovaj naučni projekat može se porediti sa drugim projektom koji se odnosi na čoveka – čuvenim projektom „Ljudski gen“, koji je trajao od 1990. do 2003. godine. Da bi se u potpunosti razumio ljudski genom, projekat Ljudski mozak ima za cilj pomoći naučnicima da bolje razumiju naš mozak. Međutim, projekat Ljudski mozak, koji traje od 2013. godine i prvobitno je trebao biti okončan nakon decenije istraživanja (tj. 2023.), nije ni blizu simulacije cijelog mozga. Dakle, koje ciljeve naučnici planiraju postići ovim istraživanjem?
Glavni cilj HBP-a nije simulacija cijelog mozga, jer se nadam da smo već pokazali da je ovaj zadatak izvan mogućnosti naše današnje civilizacije. Cilj je bar djelimično savladati složenost mozga. To će pomoći u razvoju takvih nauka kao što su medicina, informatika, neurologija, kao i u razvoju tehnologija čiji je rad inspirisan načinom na koji funkcioniše naš um.
Jedan od rezultata HBP projekta je stvaranje digitalne platforme za istraživanje mozga, EBRAINS. EBRAINS je platforma otvorenog koda koja omogućava istraživačima iz cijelog svijeta da koriste digitalne alate dostupne u sigurnom oblaku. Drugim riječima, EBRAINS pruža naučnicima alate za modeliranje i analizu funkcionisanja pojedinih područja mozga.
Jedan takav alat je program za virtualnu simulaciju mozga koji su kreirali HBP i EBRAINS. Ovaj alat potpuno ne može simulirati rad cijelog mozga, ali omogućava, na primjer, istraživačima novih lijekova da simuliraju njihov učinak na grupe neurona. Ovo će zauzvrat omogućiti naučnicima da razviju nove tretmane koji su korisni za kompleksne bolesti kao što su Alchajmerova bolest, depresija, Parkinsonova bolest i još mnogo toga.
Također zanimljivo:
- Dakle, govoriti ili ne govoriti? Musk negira da je razgovarao sa Putinom. Ali postoji "ali"
- Moderna artiljerija je super oružje Ukrajine. A zašto je Elon Musk ovdje?
US BRAIN inicijativa
Još veći i noviji projekat koji su pokrenule američke istraživačke institucije je US BRAIN Initiative. Ovo je još jedan višegodišnji istraživački projekat vrijedan više milijardi dolara koji ima za cilj mapiranje ljudskog povezivanja. Šta je to veza? Ovo je skup nervnih veza ovog organizma. Kao što je genom potpuna mapa genetskog lanca, a proteom je potpuna mapa proteina datog organizma. Ljudski genom već znamo, njegovo otkriće koštalo je milijarde dolara. Danas je testiranje genoma široko dostupno i, na primjer, genetski testovi na prisustvo defekta koštaju nekoliko stotina dolara. Kompletan genom je nešto skuplji, ali je i dalje za redove veličine manji od cijene prvog očitanja ljudske DNK.
Vratimo se na Connectome i američki BRAIN projekat. Koja je svrha ovog projekta? Josh Gordon, direktor američkog Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje u Bethesdi, Maryland, rekao je: “Poznavanje svih tipova moždanih ćelija, kako se one međusobno povezuju i kako su u interakciji otvorit će nam cijeli novi set terapija koje danas ne mogu ni zamisliti." Trenutno se kreira i sistematski razvija najveći svjetski katalog tipova nervnih ćelija. Ovaj katalog, nazvan BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), opisuje koliko različitih tipova ćelija ima u mozgu, u kojim se proporcijama pojavljuju, kako su prostorno raspoređene i kakve se interakcije dešavaju između njih.
Odakle dolazi ovaj pristup? Iz potrebe da se shvati kako mozak radi. Prednosti ovog pristupa objašnjene su u izjavi za Nature neuronaučnika Christopha Kocha, glavnog naučnika programa MindScope, koji implementira Allen institut za nauku o mozgu u Sijetlu: „Kao što ništa u hemiji nema smisla bez periodnog sistema elemenata, ništa neće imati smisla u razumijevanju mozga bez razumijevanja postojanja i funkcionisanja pojedinih tipova ćelija."
Ako bismo hipotetički postigli tehnološki potencijal da možemo skenirati ćeliju po ćeliju i, na primjer, rekreirati ljudski mozak, takav pristup bi značio da čak i da smo uspjeli (što danas nije realno), još uvijek ne bismo razumjeli zašto mozak radi onako kako to zaista biva. I nije bitno da li govorimo o mozgu kao živom biološkom organu ili njegovom digitalnom, hipotetički kloniranom paru. MOZAK i imenik BICCN su polazne točke za razumijevanje strukture i rada svakog neuronskog kola, a samim tim i za razumijevanje složenog ponašanja koje upravlja svim vrstama s organom tako složenim kao što je mozak.
Istraživanja se nastavljaju, a naučnici stalno predstavljaju svoja nova dostignuća na posebno kreiranoj web stranici. Stoga sam siguran da nas uskoro očekuju još zanimljivija otkrića.
Također zanimljivo:
Uskoro će svima biti moguće nepotrebno vaditi mozak...