Cilvēka smadzeņu darbības noslēpumi zinātniekus vienmēr ir satraukuši. Vienmēr ir bijuši mēģinājumi atdarināt cilvēka smadzenes. Cilvēka smadzeņu projekts ir viens no šādiem mēģinājumiem. Kurā stadijā ir zinātnieki? Vai ir panākumi?
Cilvēka smadzenes ir visnoslēpumainākais bioloģiskais dators, ko mēs zinām. Patiesībā mēs par to nezinām pietiekami daudz, neskatoties uz zinātnieku centieniem gadsimtu gaitā uzzināt par to arvien sarežģītākos veidos. Tikai jaunākās tehnoloģijas var sniegt mums reālas zināšanas, par kurām iepriekš varējām tikai nojaust. Tas nemaina faktu, ka mēs joprojām esam tālu no pilnīgas apziņas. Kurā stadijā atrodas mūsdienu zinātnieki?
Interesanti arī: Kas ir neironu tīkli un kā tie darbojas?
Termins "mākslīgais intelekts"
1950. gados, kad zinātnē pirmo reizi parādījās termins “mākslīgais intelekts” un AI pētnieki veiksmīgi pierādīja, ka var iemācīt mašīnai darīt lietas, ko pats nevarētu izdarīt, viņi par to bija sajūsmā. Vienkārša iespēja, ka mašīna var mācīties, pati pierādīt matemātiskās teorēmas (tas tika darīts, piemēram, ar programmu Logic Theorist, ko 1955. gadā izstrādāja Alens Ņūls un Herberts Saimons), vai spēlēt dambreti un pārspēt cilvēku (Artūra programma Semjuels, IBM inženieris, vēlāk Stenfordas universitātes profesors), lika zinātnieku pasaulei domāt, ka pilnīgai cilvēka smadzeņu simulācijai ir tikai daži gadi.
Ir pagājušas desmitgades, un, neskatoties uz milzīgo skaitļošanas jaudas pieaugumu, mākslīgo neironu tīklu un mākslīgā intelekta algoritmu attīstību ar dziļu mašīnmācību, mēs joprojām esam tālu no pat smadzeņu fragmentu simulācijas. Vienkārši sakot, 20. gadsimta otrās puses mākslīgā intelekta pionieri ļoti zemu novērtēja šīs "želejveidīgās masas" iespējas mūsu bruņurupučos, kas ir 90% ūdens.
Interesanti arī: ChatGPT: vienkāršas lietošanas instrukcijas
Smadzenes ir sarežģītas
Piedzimstot cilvēka smadzenes sver aptuveni 300 g.Pilnībā attīstītas pieauguša cilvēka smadzenes sver aptuveni 1,5 kg. Šajos 1,5 kg ir viss mūsu Visums un visas mūsu garīgās spējas. Ne tikai apzinātās, piemēram, abstraktā domāšana, radošums, bet arī tādas, par kurām mēs neapzināmies: kustību kustīgums, asinsrites sistēmas kontrole, elpošana un daudz, daudz kas cits.
Zinātnieku vidū populārs ir apgalvojums, ka cilvēka smadzenes sastāv no aptuveni 100 miljardiem neironu. Mēs nezinām precīzu to skaitu, un tas var atšķirties katram cilvēka sugas indivīdam. Bet pieņemsim, ka tā ir taisnība, un šis skaitlis nav tik mazs. 100 miljardi ir daudz, bet mūsdienu superdatori spēj simulēt vēl lielākus objektus. Tomēr problēma ir tā, ka neirons ir kaut kas daudz sarežģītāks nekā, piemēram, tekselis 3D grafikā, pikselis attēlā vai jebkurš cits objekts, ko var aprakstīt tikai ar nelielu koda fragmentu.
Mūsu smadzeņu neironi ir saistīti viens ar otru. Tie nav fiziski savienojumi, jo tad atsevišķos neironos radītie elektriskie impulsi ātri izplatītos pa visu ķermeni, kas praktiski padarītu neiespējamu funkcionēt. Informācijas pārraide mūsu smadzenēs balstās gan uz elektrību (impulsiem), gan uz ķīmiju (neirotransmiteri). Katru neironu (atgādināsim tagad populāro neirona tēlu kā "koku" ar raksturīgiem dendritiem) var savienot ar citiem ar līdz pat desmit tūkstošiem sinaptisko savienojumu palīdzību.
Piekrītu, 10000 XNUMX savienojumu no vienas nervu šūnas ir daudz augstāks sarežģītības līmenis nekā loģiskie vārti tranzistoros. Ja mēģināsim saskaitīt visu iespējamo savienojumu skaitu starp neironiem un stāvokļiem, ko tie var iegūt jebkurā brīdī (tikai vienu), mēs iegūsim milzīgu skaitu, kas ievērojami pārsniedz aplēsto atomu skaitu visā novērojamajā Visumā. Izmantojot šo pieeju, daudzi zinātnieki, kas specializējas neirobioloģijā un kuriem ir arī datorzinātņu pieredze, uzskata, ka pat ar pašreizējo zināšanu līmeni un paredzamo attīstību šāda sarežģīta orgāna pilnīga simulācija ir uzdevums, kas pārsniegs mūsu iespējas. ilgs laiks. Bet tas nenozīmē, ka zinātnieki neko nedara un neko nav sasnieguši. Apskatīsim dažus projektus, kuru mērķis ir simulēt ja ne visu cilvēka prātu, tad vismaz daļu no tā.
Lasi arī: 7 stilīgākie ChatGPT lietojumi
40 minūtes un viena sekunde
2013. gadā japāņu zinātnieki no Okinavas Tehnoloģiju institūta un vācu pētnieki no Forschungszentrum Jülich apvienoja spēkus un izmantoja vienu no tā laika jaudīgākajiem superdatoriem uz mūsu planētas (500. gadā to sauca par K Computer, Top2011 saraksta līderis 8,16. gadā) ar skaitļošanas jaudu. 8,16 PFLOPS (jeb 1,73 kvadriljoni peldošā komata operāciju sekundē), lai mēģinātu simulēt tikai smadzeņu šķēli. Kopumā simulācija sastāvēja no 10,4 miljardu neironu darba kartēšanas, kas kopā izveidoja 1 triljonu sinaptisko savienojumu tīklu. Tas ir nedaudz vairāk par 82944 procentu no šīs bioloģiskās "želejas" potenciāla, kas iestrēdzis jūsu galvaskausā. Simulācijā tika izmantota pilna 64 Sparc2 VIIIfx procesoru jauda (vienai sistēmai ir 8 GHz takts frekvence un XNUMX kodoli). Vai šī pieeja darbojās?
Pēc zinātnieku domām, jā, bet no otras puses... tas ir atkarīgs no tā, kā uz to skatās. Šī superdatora darbības aptuveni 40 minūtes ilga tikai 1 sekundes darbības simulācijai minētajam smadzeņu neironu tīkla fragmentam. Tāpēc, lai gan to, ka simulācija vispār tika veikta, var saukt par veiksmīgu, jo efekti, aprēķina laiks un simulācijas apjoms parāda, ar kādu milzīgu problēmu mēs šeit saskaramies. Un jāatceras, ka, palielinoties neironu skaitam, sinaptiskā tīkla sarežģītība palielinās nevis lineāri, bet gan eksponenciāli! Ja šim pašam uzdevumam tiktu izmantots pat šobrīd ātrākais amerikāņu superdators Frontier, kas darbojas Oak Ridge National Laboratory un kura skaitļošanas jauda ir pat 1102 PFLOPS, t.i., 135 reizes lielāka par minēto japāņu K Computer, tas nenozīmētu. ka Frontier varētu simulēt (ar tādiem pašiem modeļa parametriem) neironu tīklu, kas ir 135 reizes lielāks. Tāda pati 1,73 miljardu neironu tīkla vienas reālas sekundes simulācija amerikāņu superdatorā ilgs nevis 40 minūtes, bet mazāk nekā 18 sekundes. Bet tas joprojām ir daudz vairāk nekā reāla reāllaika tīkla simulācija, un tā ir tikai neliela daļa no tā, kas mums ir mūsu galvās. Visa prāta darbības simulēšana joprojām pieder zinātniskās fantastikas sfērai. Bet zinātnieki joprojām cenšas.
Lasi arī: Par kvantu datoriem vienkāršos vārdos
Eiropas cilvēka smadzeņu projekts
Human Brain Project (HBP) pēc sava mēroga un šim zinātniskajam projektam atvēlētajiem līdzekļiem var salīdzināt ar citu ar cilvēku saistītu projektu – slaveno projektu "Cilvēka gēns", kas ilga no 1990. līdz 2003.gadam. Lai pilnībā izprastu cilvēka genomu, Human Brain Project mērķis ir palīdzēt zinātniekiem labāk izprast mūsu smadzenes. Tomēr Cilvēka smadzeņu projekts, kas turpinās kopš 2013. gada un sākotnēji bija paredzēts, lai beigtos pēc desmit gadu ilgas izpētes (t.i., 2023. gadā), pat netuvojas visu smadzeņu simulācijai. Tātad, kādus mērķus zinātnieki plāno sasniegt ar šo pētījumu?
HBP galvenais mērķis nav simulēt visas smadzenes, jo es ceru, ka mēs jau esam pierādījuši, ka šis uzdevums ir ārpus mūsu mūsdienu civilizācijas iespējām. Mērķis ir vismaz daļēji apgūt smadzeņu sarežģītību. Tas palīdzēs attīstīt tādas zinātnes kā medicīna, datorzinātne, neiroloģija, kā arī attīstīt tehnoloģijas, kuru darbu iedvesmo tas, kā darbojas mūsu prāts.
Viens no HBP projekta rezultātiem ir smadzeņu izpētes digitālās platformas EBRAINS izveide. EBRAINS ir atvērtā pirmkoda platforma, kas ļauj pētniekiem no visas pasaules izmantot digitālos rīkus, kas pieejami drošā mākoņa vidē. Citiem vārdiem sakot, EBRAINS nodrošina zinātniekiem rīkus, lai modelētu un analizētu atsevišķu smadzeņu zonu darbību.
Viens no šādiem rīkiem ir HBP un EBRAINS izveidotā virtuālā smadzeņu simulācijas programma. Šis rīks pilnībā nespēj simulēt visu smadzeņu darbu, taču tas ļauj, piemēram, jaunu medikamentu pētniekiem simulēt to ietekmi uz neironu grupām. Tas savukārt ļaus zinātniekiem izstrādāt jaunas ārstēšanas metodes, kas ir noderīgas tādām sarežģītām slimībām kā Alcheimera slimība, depresija, Parkinsona slimība u.c.
Interesanti arī:
- Tātad, runāt vai nerunāt? Musks noliedz sarunu ar Putinu. Bet ir "bet"
- Mūsdienu artilērija ir Ukrainas superierocis. Un kāpēc Elons Masks ir šeit?
ASV BRAIN iniciatīva
Vēl lielāks un jaunāks projekts, ko iniciējušas Amerikas pētniecības iestādes, ir ASV BRAIN iniciatīva. Šis ir vēl viens daudzgadu, vairāku miljardu dolāru pētniecības projekts, kura mērķis ir kartēt cilvēka savienojumu. Kas ir savienojums? Tas ir šī organisma nervu savienojumu kopums. Tāpat kā genoms ir pilnīga ģenētiskās ķēdes karte, un proteoms ir pilnīga konkrētā organisma proteīnu karte. Mēs jau zinām cilvēka genomu, tā atklāšana maksāja miljardus dolāru. Mūsdienās genoma testēšana ir plaši pieejama, un, piemēram, ģenētiskie testi defekta klātbūtnei maksā vairākus simtus dolāru. Pilns genoms ir nedaudz dārgāks, taču joprojām ir par lielumu mazāks nekā pirmās cilvēka DNS nolasīšanas izmaksas.
Atgriezīsimies pie Connectome un Amerikas BRAIN projekta. Kāds ir šī projekta mērķis? Džošs Gordons, ASV Nacionālā garīgās veselības institūta direktors Betesdā, Merilendā, sacīja: “Zinot visu veidu smadzeņu šūnas, kā tās savienojas viena ar otru un kā tās mijiedarbojas, mēs šodien pavērsim pilnīgi jaunu terapiju kopumu. pat iedomāties nevaru." Šobrīd tiek veidots un sistemātiski attīstīts pasaulē lielākais nervu šūnu tipu katalogs. Šajā katalogā, ko sauc par BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), ir aprakstīts, cik daudz dažādu šūnu veidu ir smadzenēs, kādās proporcijās tās rodas, kā tās ir telpiski sadalītas un kāda mijiedarbība starp tām notiek.
No kurienes nāk šī pieeja? No nepieciešamības saprast, kā darbojas smadzenes. Šīs pieejas priekšrocības ir izskaidrotas neirozinātnieka Kristofa Koha, MindScope programmas galvenā zinātnieka, Sietlas Alena Smadzeņu zinātnes institūta īstenotās programmas zinātnieka paziņojumā Nature: "Tāpat kā ķīmijā nekam nav jēgas bez periodiskās tabulas. elementiem, nekas nebūs jēgas izprast smadzenes, neizprotot atsevišķu šūnu veidu esamību un darbību."
Ja mēs hipotētiski sasniegtu tehnoloģisko potenciālu, lai varētu skenēt šūnu pēc šūnas un, piemēram, atjaunot cilvēka smadzenes, šāda pieeja nozīmētu, ka pat tad, ja mums tas izdotos (kas mūsdienās nav reāli), mēs joprojām nesaprastu, kāpēc smadzenes strādā tā, kā tas patiesībā notiek. Un nav svarīgi, vai mēs runājam par smadzenēm kā par dzīvu bioloģisku orgānu vai par to digitālo, hipotētiski klonēto līdzinieku. BRAIN un direktorijs BICCN ir sākumpunkts, lai izprastu katras neironu ķēdes struktūru un darbību, un tādējādi izprastu sarežģīto uzvedību, kas pārvalda visas sugas, kuru orgāns ir tik sarežģīts kā smadzenes.
Pētījumi turpinās, un zinātnieki pastāvīgi prezentē savus jaunos sasniegumus īpaši izveidotā vietnē. Tāpēc esmu pārliecināts, ka drīz mūs sagaida vēl interesantāki atklājumi.
Interesanti arī:
Drīz visiem bez vajadzības varēs izņemt smadzenes...