Những bí ẩn về hoạt động của bộ não con người luôn khiến các nhà khoa học đau đầu. Luôn có những nỗ lực bắt chước bộ não con người. Dự án Não người là một trong những nỗ lực như vậy. Các nhà khoa học đang ở giai đoạn nào? Có thành công không?
Bộ não con người là chiếc máy tính sinh học bí ẩn nhất mà chúng ta biết. Trên thực tế, chúng ta chưa biết đủ về nó, bất chấp nỗ lực của các nhà khoa học nhằm tìm hiểu về nó theo những cách ngày càng tinh vi qua nhiều thế kỷ. Chỉ những công nghệ mới nhất mới có thể cung cấp cho chúng ta những kiến thức thực sự mà trước đây chúng ta chỉ có thể đoán được. Điều này không làm thay đổi thực tế là chúng ta vẫn còn lâu mới nhận thức được đầy đủ. Các nhà khoa học hiện đại đang ở giai đoạn nào?
Cũng thú vị: Mạng lưới thần kinh là gì và chúng hoạt động như thế nào?
Thuật ngữ “trí tuệ nhân tạo”
Vào những năm 1950, khi thuật ngữ “trí tuệ nhân tạo” lần đầu tiên xuất hiện trong các nhà nghiên cứu khoa học và AI đã chứng minh thành công rằng bạn có thể dạy máy làm những việc mà chính bạn không thể làm, họ rất hào hứng với điều đó. Khả năng đơn giản là một cỗ máy có thể tự học, chứng minh các định lý toán học (ví dụ, điều này đã được thực hiện với chương trình Nhà lý thuyết logic được phát triển vào năm 1955 bởi Allen Newell và Herbert Simon), hoặc chơi cờ đam và đánh bại con người (chương trình của Arthur Samuel, một kỹ sư của IBM, sau này là giáo sư tại Đại học Stanford), đã khiến giới khoa học tin rằng chỉ còn vài năm nữa là có thể mô phỏng hoàn chỉnh bộ não con người.
Nhiều thập kỷ đã trôi qua, và bất chấp sự phát triển vượt bậc về sức mạnh tính toán, sự phát triển của mạng lưới thần kinh nhân tạo và thuật toán AI với khả năng học máy sâu, chúng ta vẫn còn lâu mới mô phỏng được ngay cả những mảnh não. Nói một cách đơn giản, những người tiên phong về AI của nửa sau thế kỷ 20 đã đánh giá rất thấp khả năng của "khối giống như thạch" này ở rùa của chúng ta, 90% là nước.
Cũng thú vị: ChatGPT: Hướng dẫn sử dụng đơn giản
Bộ não rất phức tạp
Khi mới sinh, bộ não con người nặng khoảng 300 g, bộ não người trưởng thành phát triển đầy đủ nặng khoảng 1,5 kg. 1,5 kg này chứa toàn bộ vũ trụ và tất cả khả năng tinh thần mà chúng ta có. Không chỉ những thứ có ý thức, chẳng hạn như tư duy trừu tượng, khả năng sáng tạo, mà còn cả những thứ mà chúng ta không nhận thức được: khả năng vận động, kiểm soát hệ tuần hoàn, hơi thở và nhiều hơn thế nữa.
Một tuyên bố phổ biến của các nhà khoa học là bộ não con người bao gồm khoảng 100 tỷ tế bào thần kinh. Chúng tôi không biết số lượng chính xác của chúng và nó có thể khác nhau ở mỗi cá thể của loài người. Nhưng hãy giả sử rằng điều này là đúng và con số này không hề nhỏ. 100 tỷ là nhiều nhưng siêu máy tính hiện đại có thể mô phỏng những vật thể còn lớn hơn nữa. Tuy nhiên, vấn đề là tế bào thần kinh là một thứ phức tạp hơn nhiều, chẳng hạn như texel trong đồ họa 3D, pixel trong hình ảnh hoặc bất kỳ đối tượng nào khác có thể được mô tả chỉ bằng một đoạn mã nhỏ.
Các tế bào thần kinh trong não của chúng ta được kết nối với nhau. Đây không phải là những kết nối vật lý, bởi vì khi đó các xung điện được tạo ra trong từng tế bào thần kinh sẽ nhanh chóng lan truyền khắp cơ thể, khiến cơ thể gần như không thể hoạt động được. Việc truyền thông tin trong não của chúng ta dựa trên cả điện (xung) và hóa học (dẫn truyền thần kinh). Mỗi tế bào thần kinh (hãy nhớ lại hình ảnh phổ biến hiện nay của tế bào thần kinh như một "cái cây" với các đuôi gai đặc trưng) có thể được kết nối với những tế bào thần kinh khác với sự trợ giúp của tới mười nghìn kết nối khớp thần kinh.
Đồng ý rằng, 10000 kết nối từ một tế bào thần kinh là mức độ phức tạp cao hơn nhiều so với các cổng logic trong bóng bán dẫn. Nếu chúng ta cố gắng đếm số lượng tất cả các kết nối có thể có giữa các nơ-ron và các trạng thái mà chúng có thể đạt được tại bất kỳ thời điểm nào (chỉ một), chúng ta sẽ nhận được một con số khổng lồ vượt xa số lượng nguyên tử ước tính trong toàn bộ vũ trụ quan sát được. Sử dụng phương pháp này, nhiều nhà khoa học chuyên về sinh học thần kinh và cũng có nền tảng về khoa học máy tính tin rằng, ngay cả với trình độ kiến thức hiện tại và sự phát triển dự kiến của nó, việc mô phỏng hoàn chỉnh một cơ quan phức tạp như vậy là một nhiệm vụ vượt quá khả năng của chúng tôi. một thời gian dài. Nhưng điều này không có nghĩa là các nhà khoa học không làm gì và không đạt được điều gì. Chúng ta hãy xem xét một số dự án nhằm mục đích mô phỏng, nếu không phải là toàn bộ tâm trí con người thì ít nhất là một phần của nó.
Đọc thêm: 7 cách sử dụng tuyệt vời nhất của ChatGPT
40 phút một giây
Năm 2013, các nhà khoa học Nhật Bản đến từ Viện Công nghệ Okinawa và các nhà nghiên cứu Đức từ Forschungszentrum Jülich đã hợp tác và sử dụng một trong những siêu máy tính mạnh nhất hành tinh chúng ta vào thời điểm đó (gọi là K Computer, đứng đầu danh sách Top500 năm 2011) với sức mạnh tính toán 8,16 PFLOPS (hoặc 8,16 triệu triệu phép tính dấu phẩy động mỗi giây) để cố gắng mô phỏng chỉ một lát não. Nhìn chung, mô phỏng bao gồm việc lập bản đồ hoạt động của 1,73 tỷ tế bào thần kinh, cùng nhau tạo ra một mạng lưới gồm 10,4 nghìn tỷ kết nối khớp thần kinh. Đó là hơn 1% tiềm năng của loại "thạch" sinh học đó mắc kẹt trong hộp sọ của bạn. Mô phỏng đã sử dụng toàn bộ sức mạnh của bộ xử lý 82944 Sparc64 VIIIfx (một hệ thống có tần số xung nhịp 2 GHz và 8 lõi). Cách tiếp cận này có hiệu quả không?
Theo các nhà khoa học thì đúng vậy, nhưng mặt khác... điều đó phụ thuộc vào cách bạn nhìn nhận nó. Khoảng 40 phút hoạt động của siêu máy tính này kéo dài trong mô phỏng chỉ 1 giây hoạt động của đoạn mạng lưới thần kinh được đề cập ở trên. Do đó, mặc dù thực tế là mô phỏng đã được thực hiện có thể được gọi là thành công, nhưng hiệu quả, thời gian tính toán và khối lượng mô phỏng cho thấy chúng ta đang phải đối mặt với một vấn đề lớn ở đây. Và nên nhớ rằng với sự gia tăng số lượng tế bào thần kinh, độ phức tạp của mạng lưới khớp thần kinh không tăng theo tuyến tính mà tăng theo cấp số nhân! Nếu ngay cả siêu máy tính Frontier nhanh nhất hiện nay của Mỹ, hoạt động tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và có sức mạnh tính toán lên tới 1102 PFLOPS, tức là lớn hơn 135 lần so với Máy tính K của Nhật Bản đã đề cập, được sử dụng cho cùng một nhiệm vụ, điều đó không có nghĩa là Frontier có thể mô phỏng (với cùng tham số mô hình) một mạng lưới thần kinh lớn hơn 135 lần. Mô phỏng tương tự về một giây thực của mạng lưới 1,73 tỷ nơ-ron sẽ tồn tại trên một siêu máy tính của Mỹ không phải 40 phút mà là dưới 18 giây. Nhưng đây vẫn còn hơn cả một mô phỏng mạng thời gian thực và chỉ là một phần nhỏ trong những gì chúng ta có trong đầu. Mô phỏng hoạt động của toàn bộ tâm trí vẫn thuộc lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Nhưng các nhà khoa học vẫn đang cố gắng.
Đọc thêm: Giới thiệu về máy tính lượng tử nói một cách đơn giản
Dự án Não người Châu Âu
Dự án Não người (HBP) xét về quy mô và kinh phí phân bổ cho dự án khoa học này có thể so sánh với một dự án khác liên quan đến con người - dự án nổi tiếng "Human Gene", kéo dài từ năm 1990 đến 2003. Để hiểu đầy đủ về bộ gen của con người, Dự án Não người nhằm mục đích giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về bộ não của chúng ta. Tuy nhiên, Dự án Não người, được triển khai từ năm 2013 và ban đầu được cho là sẽ kết thúc sau một thập kỷ nghiên cứu (tức là vào năm 2023), thậm chí còn chưa tiến gần đến việc mô phỏng toàn bộ bộ não. Vậy, các nhà khoa học dự định đạt được mục tiêu gì với nghiên cứu này?
Mục tiêu chính của HBP không phải là mô phỏng toàn bộ bộ não, vì tôi hy vọng chúng ta đã chứng minh được rằng nhiệm vụ này vượt quá khả năng của nền văn minh ngày nay. Mục tiêu là ít nhất làm chủ được một phần sự phức tạp của bộ não. Điều này sẽ giúp phát triển các ngành khoa học như y học, khoa học máy tính, thần kinh học, cũng như phát triển các công nghệ mà công việc của chúng được lấy cảm hứng từ cách trí óc chúng ta hoạt động.
Một trong những kết quả của dự án HBP là tạo ra một nền tảng kỹ thuật số cho nghiên cứu não bộ, EBRAINS. EBRAINS là một nền tảng nguồn mở cho phép các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới sử dụng các công cụ kỹ thuật số có sẵn trong môi trường đám mây an toàn. Nói cách khác, EBRAINS cung cấp cho các nhà khoa học các công cụ để mô hình hóa và phân tích hoạt động của từng vùng não.
Một công cụ như vậy là chương trình mô phỏng não ảo do HBP và EBRAINS tạo ra. Công cụ này hoàn toàn không thể mô phỏng hoạt động của toàn bộ não, nhưng nó cho phép, chẳng hạn, các nhà nghiên cứu các loại thuốc mới mô phỏng tác dụng của chúng đối với các nhóm tế bào thần kinh. Ngược lại, điều này sẽ cho phép các nhà khoa học phát triển các phương pháp điều trị mới hữu ích cho các bệnh phức tạp như bệnh Alzheimer, trầm cảm, bệnh Parkinson, v.v.
Cũng thú vị:
- Vì vậy, để nói hay không nói? Musk phủ nhận nói chuyện với Putin. Nhưng có một "nhưng"
- Pháo binh hiện đại là siêu vũ khí của Ukraine. Và tại sao Elon Musk lại ở đây?
Sáng kiến BRAIN của Hoa Kỳ
Một dự án thậm chí còn lớn hơn và mới hơn do các tổ chức nghiên cứu của Mỹ khởi xướng là Sáng kiến BRAIN Hoa Kỳ. Đây là một dự án nghiên cứu trị giá hàng tỷ đô la kéo dài nhiều năm khác nhằm lập bản đồ kết nối của con người. Kết nối là gì? Đây là một tập hợp các kết nối thần kinh của sinh vật này. Giống như bộ gen là một bản đồ hoàn chỉnh của chuỗi gen và hệ protein là một bản đồ hoàn chỉnh về các protein của một sinh vật nhất định. Chúng ta đã biết về bộ gen của con người, việc khám phá ra nó tiêu tốn hàng tỷ đô la. Ngày nay, xét nghiệm bộ gen được phổ biến rộng rãi và, ví dụ, các xét nghiệm di truyền để phát hiện sự hiện diện của một khiếm khuyết có giá vài trăm đô la. Một bộ gen hoàn chỉnh đắt hơn một chút, nhưng vẫn thấp hơn chi phí cho lần đọc DNA đầu tiên của con người.
Hãy quay lại với Connectome và dự án American BRAIN. Mục đích của dự án này là gì? Josh Gordon, giám đốc Viện Sức khỏe Tâm thần Quốc gia Hoa Kỳ ở Bethesda, Maryland, cho biết: “Biết được tất cả các loại tế bào não, cách chúng kết nối với nhau và cách chúng tương tác sẽ mở ra một loạt liệu pháp hoàn toàn mới mà ngày nay chúng ta thậm chí không thể tưởng tượng được." Hiện nay, danh mục các loại tế bào thần kinh lớn nhất thế giới đang được tạo ra và phát triển một cách có hệ thống. Danh mục này, được gọi là Mạng lưới điều tra tế bào sáng kiến BRAIN (BICCN), mô tả có bao nhiêu loại tế bào khác nhau trong não, chúng xuất hiện với tỷ lệ như thế nào, chúng phân bố theo không gian như thế nào và những tương tác nào xảy ra giữa chúng.
Cách tiếp cận này đến từ đâu? Từ nhu cầu hiểu rõ bộ não hoạt động như thế nào. Ưu điểm của phương pháp này được giải thích trong một tuyên bố với Nature bởi nhà thần kinh học Christoph Koch, nhà khoa học chính của chương trình MindScope, do Viện Khoa học Não bộ Allen ở Seattle thực hiện: "Cũng như không có gì trong hóa học có ý nghĩa nếu không có bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. các yếu tố này, sẽ không có ý nghĩa gì khi tìm hiểu về bộ não nếu không hiểu sự tồn tại và hoạt động của từng loại tế bào."
Nếu theo giả thuyết, chúng ta đạt được tiềm năng công nghệ để có thể quét từng tế bào và, ví dụ, tái tạo bộ não con người, thì cách tiếp cận như vậy có nghĩa là ngay cả khi chúng ta thành công (điều này không thực tế ngày nay), chúng ta vẫn không hiểu tại sao bộ não hoạt động như nó thực sự xảy ra. Và không quan trọng chúng ta đang nói về bộ não như một cơ quan sinh học sống hay bản sao kỹ thuật số, được nhân bản theo giả thuyết của nó. NÃO và thư mục BICCN là điểm khởi đầu để hiểu cấu trúc và hoạt động của từng mạch thần kinh, từ đó hiểu được hành vi phức tạp chi phối tất cả các loài có cơ quan phức tạp như não.
Nghiên cứu vẫn tiếp tục và các nhà khoa học liên tục trình bày những thành tựu mới của họ trên một trang web được tạo đặc biệt. Vì vậy, tôi chắc chắn rằng chúng ta sẽ sớm chờ đợi những khám phá thú vị hơn nữa.
Cũng thú vị:
Sẽ sớm có thể loại bỏ bộ não của mọi người một cách không cần thiết...