Záhady fungování lidského mozku vždy znepokojovaly vědce. Vždy existovaly pokusy napodobit lidský mozek. Projekt Human Brain Project je jedním z takových pokusů. V jaké fázi jsou vědci? Existují úspěchy?
Lidský mozek je nejzáhadnější biologický počítač, jaký známe. Ve skutečnosti o ní nevíme dost, navzdory snaze vědců se o ní v průběhu staletí dozvědět stále sofistikovanějšími způsoby. Pouze nejnovější technologie nám mohou poskytnout skutečné znalosti, o kterých jsme dříve mohli jen tušit. To nic nemění na tom, že k plnému vědomí máme ještě daleko. V jaké fázi jsou moderní vědci?
Zajímavé také: Co jsou neuronové sítě a jak fungují?
Termín "umělá inteligence"
V 1950. letech, kdy se ve vědě poprvé objevil termín „umělá inteligence“ a výzkumníci AI úspěšně dokázali, že můžete naučit stroj dělat věci, které byste sami nezvládli, byli z toho nadšení. Jednoduchá možnost, že se stroj může učit, sám o sobě dokazovat matematické teorémy (to se podařilo např. pomocí programu Logic Theorist, který v roce 1955 vyvinuli Allen Newell a Herbert Simon), nebo hrát dámu a porazit člověka (program Arthura Samuel, inženýr IBM, později profesor na Stanfordské univerzitě), vedl vědecký svět k přesvědčení, že kompletní simulace lidského mozku zbývá jen několik let.
Uplynula desetiletí a navzdory obrovskému růstu výpočetního výkonu, vývoji umělých neuronových sítí a algoritmů AI s hlubokým strojovým učením jsme stále daleko od simulace byť jen fragmentů mozku. Jednoduše řečeno, průkopníci umělé inteligence z druhé poloviny 20. století značně podcenili schopnosti této „rosolovité hmoty“ u našich želv, kterou tvoří z 90 % voda.
Zajímavé také: ChatGPT: Jednoduchý návod k použití
Mozek je složitý
Při narození váží lidský mozek přibližně 300 g. Plně vyvinutý mozek dospělého váží přibližně 1,5 kg. Těchto 1,5 kg obsahuje celý náš vesmír a všechny mentální schopnosti, které máme. Nejen vědomé, jako je abstraktní myšlení, kreativita, ale i ty, které si neuvědomujeme: pohyblivost pohybů, ovládání oběhového systému, dýchání a mnoho, mnoho dalšího.
Mezi vědci je populární tvrzení, že lidský mozek se skládá z přibližně 100 miliard neuronů. Jejich přesný počet neznáme a u každého jedince lidského druhu se může lišit. Předpokládejme ale, že je to pravda a toto číslo není tak malé. 100 miliard je hodně, ale moderní superpočítače dokážou simulovat i větší objekty. Problém je však v tom, že neuron je něco mnohem složitějšího než například texel ve 3D grafice, pixel v obrázku nebo jakýkoli jiný objekt, který lze popsat jen malým kouskem kódu.
Neurony v našem mozku jsou vzájemně propojeny. Nejedná se o fyzická spojení, protože pak by se elektrické impulsy generované v jednotlivých neuronech rychle šířily po těle, což by prakticky znemožnilo fungování. Přenos informací v našem mozku je založen jak na elektřině (impulzy), tak na chemii (neurotransmitery). Každý neuron (připomeňme dnes populární obraz neuronu jako „stromu“ s charakteristickými dendrity) lze propojit s ostatními pomocí až deseti tisíc synaptických spojení.
Souhlasíte, 10000 XNUMX spojení z jedné nervové buňky je mnohem složitější než logická hradla v tranzistorech. Pokusíme-li se spočítat počet všech možných spojení mezi neurony a stavy, které mohou v kteroukoli chvíli získat (jen jeden), dostaneme obrovské číslo, které daleko převyšuje odhadovaný počet atomů v celém pozorovatelném vesmíru. Při použití tohoto přístupu se mnoho vědců, kteří se specializují na neurobiologii a mají také vzdělání v informatice, domnívá, že i při současné úrovni znalostí a jejich očekávaném vývoji je kompletní simulace tak složitého orgánu úkolem, který přesáhne naše možnosti. dlouhá doba. To ale neznamená, že vědci nic nedělají a ničeho nedosáhli. Pojďme se podívat na některé projekty, které mají za cíl simulovat když ne celou lidskou mysl, tak alespoň její část.
Přečtěte si také: 7 nejlepších využití ChatGPT
40 minut a jednu sekundu
V roce 2013 spojili své síly japonští vědci z Okinawského technologického institutu a němečtí výzkumníci z Forschungszentrum Jülich a použili jeden z nejvýkonnějších superpočítačů na naší planetě v té době (nazvaný K Computer, lídr žebříčku Top500 v roce 2011) s výpočetním výkonem. 8,16 PFLOPS (neboli 8,16 kvadrilionů operací s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu), abychom se pokusili simulovat pouhý výsek mozku. Obecně se simulace skládala z mapování práce 1,73 miliardy neuronů, které dohromady vytvořily síť 10,4 bilionu synaptických spojení. To je o něco více než 1 procento potenciálu toho biologického „rosolu“ uvízlého ve vaší lebce. Simulace využívala plný výkon 82944 procesorů Sparc64 VIIIfx (jeden systém má taktovací frekvenci 2 GHz a 8 jader). Osvědčil se tento přístup?
Podle vědců ano, ale na druhou stranu... záleží na tom, jak se na to díváte. Přibližně 40 minut provozu tohoto superpočítače vydrželo na simulaci pouhé 1 sekundy provozu zmíněného fragmentu neuronové sítě mozku. I když tedy skutečnost, že simulace vůbec byla provedena, lze označit za úspěšnou, protože efekty, doba výpočtu a objem simulace ukazují, s jakým obrovským problémem se zde potýkáme. A je třeba připomenout, že s nárůstem počtu neuronů roste složitost synaptické sítě nikoli lineárně, ale exponenciálně! Pokud by se ke stejnému úkolu použil i aktuálně nejrychlejší americký superpočítač Frontier, fungující v Oak Ridge National Laboratory a disponující výpočetním výkonem až 1102 PFLOPS, tedy 135krát větším než zmíněný japonský K Computer, neznamenalo by že Frontier mohl simulovat (se stejnými parametry modelu) neuronovou síť 135krát větší. Stejná simulace jedné reálné sekundy sítě 1,73 miliardy neuronů vydrží na americkém superpočítači ne 40 minut, ale necelých 18 sekund. Ale to je stále mnohem víc než skutečná simulace sítě v reálném čase a je to jen malá část toho, co máme v hlavě. Simulace fungování celé mysli stále patří do oblasti sci-fi. Ale vědci se stále snaží.
Přečtěte si také: O kvantových počítačích jednoduchými slovy
Evropský projekt lidského mozku
Projekt Human Brain Project (HBP) je co do rozsahu a finančních prostředků přidělených na tento vědecký projekt srovnatelný s jiným projektem souvisejícím s člověkem – slavným projektem „Human Gene“, který trval od roku 1990 do roku 2003. Aby bylo možné plně porozumět lidskému genomu, má projekt Human Brain Project pomoci vědcům lépe porozumět našemu mozku. Projekt Human Brain Project, který probíhá od roku 2013 a původně měl skončit po desetiletí výzkumu (tedy v roce 2023), se však simulaci celého mozku ani neblíží. Jaké cíle tedy vědci plánují tímto výzkumem dosáhnout?
Hlavním cílem HBP není simulovat celý mozek, jak doufám, že jsme již ukázali, že tento úkol je nad možnosti naší dnešní civilizace. Cílem je alespoň částečně zvládnout složitost mozku. To pomůže v rozvoji takových věd, jako je medicína, informatika, neurologie, stejně jako ve vývoji technologií, jejichž práce je inspirována tím, jak funguje naše mysl.
Jedním z výsledků projektu HBP je vytvoření digitální platformy pro výzkum mozku EBRAINS. EBRAINS je platforma s otevřeným zdrojovým kódem, která umožňuje výzkumníkům z celého světa používat digitální nástroje dostupné v zabezpečeném cloudovém prostředí. Jinými slovy, EBRAINS poskytuje vědcům nástroje pro modelování a analýzu fungování jednotlivých oblastí mozku.
Jedním z takových nástrojů je program pro simulaci virtuálního mozku vytvořený společnostmi HBP a EBRAINS. Tento nástroj zcela nedokáže simulovat práci celého mozku, ale umožňuje například výzkumníkům nových léků simulovat jejich účinky na skupiny neuronů. To zase umožní vědcům vyvinout nové léčebné postupy užitečné pro komplexní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, deprese, Parkinsonova choroba a další.
Zajímavé také:
- Takže mluvit nebo nemluvit? Musk popírá, že by s Putinem mluvil. Ale je tu "ale"
- Moderní dělostřelectvo je super zbraň Ukrajiny. A proč je tady Elon Musk?
iniciativa US BRAIN
Ještě větším a novějším projektem iniciovaným americkými výzkumnými institucemi je US BRAIN Initiative. Jedná se o další víceletý výzkumný projekt v hodnotě mnoha miliard dolarů zaměřený na zmapování lidského konektomu. co je to spojení? Jedná se o soubor nervových spojení tohoto organismu. Stejně jako je genom kompletní mapou genetického řetězce a proteom je kompletní mapou proteinů daného organismu. Lidský genom už známe, jeho objevení stálo miliardy dolarů. Dnes je testování genomu široce dostupné a například genetické testy na přítomnost defektu stojí několik stovek dolarů. Kompletní genom je o něco dražší, ale stále řádově nižší než náklady na první přečtení lidské DNA.
Vraťme se ke Connectomu a americkému projektu BRAIN. Co je cílem tohoto projektu? Josh Gordon, ředitel amerického Národního institutu duševního zdraví v Bethesdě v Marylandu, řekl: „Znát všechny typy mozkových buněk, jak se vzájemně propojují a jak interagují, otevře zcela nový soubor terapií, které dnes si ani neumím představit." V současné době se vytváří a systematicky rozvíjí největší světový katalog typů nervových buněk. Tento katalog nazvaný BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) popisuje, kolik různých typů buněk je v mozku, v jakých poměrech se vyskytují, jak jsou prostorově rozmístěny a jaké interakce mezi nimi probíhají.
Odkud tento přístup pochází? Z potřeby pochopit, jak funguje mozek. Výhody tohoto přístupu jsou vysvětleny v prohlášení pro Nature neurologa Christopha Kocha, hlavního vědce programu MindScope, který realizuje Allen Institute for Brain Science v Seattlu: „Stejně jako nic v chemii nedává smysl bez periodické tabulky prvků, nic nebude dávat smysl v pochopení mozku bez pochopení existence a fungování jednotlivých typů buněk“.
Pokud bychom hypoteticky dosáhli technologického potenciálu, abychom byli schopni skenovat buňku po buňce a například znovu vytvořit lidský mozek, takový přístup by znamenal, že i kdybychom uspěli (což dnes není reálné), stále bychom nechápali, proč mozek funguje tak, jak se skutečně děje. A je jedno, zda mluvíme o mozku jako o živém biologickém orgánu nebo o jeho digitálním, hypoteticky klonovaném protějšku. MOZEK a adresář BICCN jsou výchozími body pro pochopení struktury a fungování každého nervového okruhu, a tedy pro pochopení komplexního chování, které řídí všechny druhy s orgánem tak složitým, jako je mozek.
Výzkum pokračuje a vědci neustále prezentují své nové úspěchy na speciálně vytvořené webové stránce. Jsem si proto jist, že nás brzy čekají ještě zajímavější objevy.
Zajímavé také:
Brzy bude možné všem zbytečně odebírat mozky...