Misteriji funkcioniranja ljudskog mozga oduvijek su mučili znanstvenike. Uvijek je bilo pokušaja oponašanja ljudskog mozga. Projekt ljudskog mozga jedan je od takvih pokušaja. U kojoj su fazi znanstvenici? Ima li uspjeha?
Ljudski mozak je najtajanstvenije biološko računalo koje poznajemo. Zapravo, ne znamo dovoljno o tome, unatoč naporima znanstvenika da o tome uče na sve sofisticiranije načine tijekom stoljeća. Samo najnovije tehnologije mogu nam dati prava saznanja o kojima smo prije mogli samo nagađati. To ne mijenja činjenicu da smo još daleko od pune svijesti. U kojoj su fazi moderni znanstvenici?
Također zanimljivo: Što su neuronske mreže i kako rade?
Pojam "umjetna inteligencija"
U 1950-ima, kada se izraz "umjetna inteligencija" prvi put pojavio u znanosti i kada su istraživači umjetne inteligencije uspješno dokazali da možete naučiti stroj da radi stvari koje ne možete sami, bili su uzbuđeni zbog toga. Jednostavna mogućnost da stroj može učiti, sam dokazati matematičke teoreme (to je učinjeno, na primjer, s programom Logic Theorist koji su 1955. razvili Allen Newell i Herbert Simon), ili igrati dame i pobijediti čovjeka (program Arthura Samuel, IBM-ov inženjer, kasnije profesor na Sveučilištu Stanford), naveo je znanstveni svijet da vjeruje da je potpuna simulacija ljudskog mozga udaljena samo nekoliko godina.
Prošla su desetljeća i unatoč ogromnom rastu računalne snage, razvoju umjetnih neuronskih mreža i AI algoritama s dubokim strojnim učenjem, još smo daleko od simulacije čak i fragmenata mozga. Jednostavno rečeno, pioniri umjetne inteligencije u drugoj polovici 20. stoljeća uvelike su podcijenili mogućnosti ove "želeaste mase" kod naših kornjača, koja se 90% sastoji od vode.
Također zanimljivo: ChatGPT: Jednostavne upute za korištenje
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 svemir i sve mentalne sposobnosti koje imamo. Ne samo one svjesne, poput apstraktnog mišljenja, kreativnosti, već i one kojih nismo svjesni: motorika pokreta, kontrola krvožilnog sustava, disanje i još puno, puno toga.
Među znanstvenicima je popularna izjava da se ljudski mozak sastoji od približno 100 milijardi neurona. Ne znamo njihov točan broj, a može se razlikovati kod svakog pojedinca ljudske vrste. Ali pretpostavimo da je to istina, a taj broj i nije tako mali. 100 milijardi je puno, ali moderna superračunala mogu simulirati i veće objekte. Međutim, problem je u tome što je neuron nešto puno složenije od, primjerice, teksela u 3D grafici, piksela na slici ili bilo kojeg drugog objekta koji se može opisati samo malim djelićem koda.
Neuroni u našem mozgu međusobno su povezani. To nisu fizičke veze, jer bi se tada električni impulsi koji se generiraju u pojedinim neuronima brzo proširili cijelim tijelom, što bi praktički onemogućilo funkcioniranje. Prijenos informacija u našem mozgu temelji se i na elektricitetu (impulsi) i na kemiji (neurotransmiteri). Svaki neuron (prisjetimo se danas popularne slike neurona kao "stabla" s karakterističnim dendritima) može se povezati s drugima uz pomoć do deset tisuća sinaptičkih veza.
Slažem se, 10000 XNUMX veza iz jedne živčane stanice puno je veća razina složenosti od logičkih vrata u tranzistorima. Pokušamo li prebrojati sve moguće veze između neurona i stanja koja oni mogu dobiti u bilo kojem trenutku (samo jedno), dobit ćemo ogroman broj koji daleko premašuje procijenjeni broj atoma u cijelom vidljivom svemiru. Koristeći ovaj pristup, mnogi znanstvenici koji se specijaliziraju za neurobiologiju i također imaju iskustvo u informatici vjeruju da je, čak i uz trenutnu razinu znanja i njegov očekivani razvoj, potpuna simulacija tako složenog organa zadatak koji će premašiti naše mogućnosti za dugo vremena. Ali to ne znači da znanstvenici ne rade ništa i da nisu ništa postigli. Pogledajmo neke projekte koji imaju za cilj simulirati, ako ne cijeli ljudski um, onda barem njegov dio.
Pročitajte također: 7 najboljih upotreba ChatGPT-a
40 minuta i jedna sekunda
Godine 2013. japanski znanstvenici s Tehnološkog instituta Okinawa i njemački istraživači s Forschungszentrum Jülich udružili su snage i upotrijebili tada jedno od najmoćnijih superračunala na našem planetu (nazvano K Computer, lider Top500 liste 2011.) računalne snage od 8,16 PFLOPS (ili 8,16 kvadrilijuna operacija s pomičnim zarezom u sekundi) kako bi pokušali simulirati samo dio mozga. Ukupno se simulacija sastojala od mapiranja rada 1,73 milijarde neurona, koji su zajedno stvorili mrežu od 10,4 trilijuna sinaptičkih veza. To je nešto više od 1 posto potencijala tog biološkog "želea" zaglavljenog u vašoj lubanji. Simulacija je koristila punu snagu 82944 Sparc64 VIIIfx procesora (jedan sustav ima radni takt od 2 GHz i 8 jezgri). Je li ovaj pristup uspio?
Prema znanstvenicima da, ali s druge strane... ovisi kako na to gledate. Otprilike 40 minuta rada ovog superračunala trajalo je za simulaciju samo 1 sekunde rada spomenutog fragmenta neuronske mreže mozga. Dakle, iako se činjenica da je simulacija uopće provedena može nazvati uspjehom, jer učinci, vrijeme izračuna i volumen simulacije pokazuju s kakvim se ogromnim problemom ovdje susrećemo. I mora se zapamtiti da s povećanjem broja neurona, složenost sinaptičke mreže raste ne linearno, već eksponencijalno! Da se za istu zadaću koristi čak i trenutačno najbrže američko superračunalo Frontier koje radi u Oak Ridge National Laboratoryju i ima računsku snagu od čak 1102 PFLOPS-a, odnosno 135 puta veću od spomenutog japanskog K Computera, ne bi značilo da bi Frontier mogao simulirati (s istim parametrima modela) neuronsku mrežu 135 puta veću. Ista simulacija jedne stvarne sekunde mreže od 1,73 milijarde neurona trajat će na američkom superračunalu ne 40 minuta, već manje od 18 sekundi. Ali ovo je još uvijek mnogo više od stvarne simulacije mreže u stvarnom vremenu i samo je mali dio onoga što imamo u našim glavama. Simulacija rada cijelog uma još uvijek spada u sferu znanstvene fantastike. Ali znanstvenici i dalje pokušavaju.
Pročitajte također: O kvantnim računalima jednostavnim riječima
Europski projekt ljudskog mozga
Projekt Ljudski mozak (HBP) po svojim razmjerima i sredstvima izdvojenim za ovaj znanstveni projekt može se usporediti s još jednim projektom vezanim uz čovjeka - poznatim projektom "Ljudski gen" koji je trajao od 1990. do 2003. godine. Kako bismo u potpunosti razumjeli ljudski genom, Projekt ljudskog mozga ima za cilj pomoći znanstvenicima da bolje razumiju naš mozak. Međutim, Projekt ljudskog mozga, koji traje od 2013. i prvotno je trebao završiti nakon desetljeća istraživanja (tj. 2023.), nije ni blizu simulaciji cijelog mozga. Dakle, koje ciljeve znanstvenici planiraju postići ovim istraživanjem?
Glavni cilj HBP-a nije simulacija cijelog mozga, jer se nadam da smo već pokazali da je taj zadatak izvan mogućnosti naše današnje civilizacije. Cilj je barem djelomično ovladati kompleksnošću mozga. To će pomoći u razvoju znanosti kao što su medicina, informatika, neurologija, kao i u razvoju tehnologija čiji je rad inspiriran radom našeg uma.
Jedan od rezultata HBP projekta je i izrada digitalne platforme za istraživanje mozga EBRAINS. EBRAINS je platforma otvorenog koda koja istraživačima iz cijelog svijeta omogućuje korištenje digitalnih alata dostupnih u sigurnom oblaku. Drugim riječima, EBRAINS znanstvenicima pruža alate za modeliranje i analizu funkcioniranja pojedinih područja mozga.
Jedan takav alat je program za virtualnu simulaciju mozga koji su izradili HBP i EBRAINS. Ovaj alat u potpunosti ne može simulirati rad cijelog mozga, ali omogućuje, primjerice, istraživačima novih lijekova da simuliraju njihove učinke na skupine neurona. To će zauzvrat omogućiti znanstvenicima da razviju nove tretmane korisne za složene bolesti kao što su Alzheimerova bolest, depresija, Parkinsonova bolest i još mnogo toga.
Također zanimljivo:
- Dakle, govoriti ili ne govoriti? Musk negira da je razgovarao s Putinom. Ali postoji "ali"
- Moderna artiljerija je super oružje Ukrajine. I zašto je Elon Musk ovdje?
US BRAIN inicijativa
Još veći i noviji projekt koji su pokrenule američke istraživačke institucije je US BRAIN Initiative. Ovo je još jedan višegodišnji istraživački projekt vrijedan više milijardi dolara usmjeren na mapiranje ljudskog konektoma. Što je veza? Ovo je skup živčanih veza ovog organizma. Baš kao što je genom potpuna karta genetskog lanca, tako je i proteom potpuna karta proteina određenog organizma. Već poznajemo ljudski genom, njegovo otkriće koštalo je milijarde dolara. Danas je testiranje genoma široko dostupno i, primjerice, genetski testovi za prisutnost defekta koštaju nekoliko stotina dolara. Potpuni genom nešto je skuplji, ali još uvijek nekoliko redova veličine manji od cijene prvog očitavanja ljudske DNK.
Vratimo se Connectomeu i američkom projektu BRAIN. Koja je svrha ovog projekta? Josh Gordon, ravnatelj američkog Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje u Bethesdi, Maryland, rekao je: "Poznavanje svih tipova moždanih stanica, načina na koji se međusobno povezuju i interakcije otvorit će cijeli novi skup terapija koje danas ne mogu ni zamisliti." Trenutno se stvara i sustavno razvija najveći svjetski katalog tipova živčanih stanica. Ovaj katalog, nazvan BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), opisuje koliko različitih vrsta stanica postoji u mozgu, u kojim se omjerima pojavljuju, kako su prostorno raspoređene i kakve se interakcije događaju među njima.
Odakle dolazi ovaj pristup? Iz potrebe da razumijemo kako mozak funkcionira. Prednosti ovog pristupa objasnio je u izjavi za Nature neuroznanstvenik Christoph Koch, glavni znanstvenik programa MindScope koji provodi Allenov institut za znanost o mozgu u Seattleu: "Kao što ništa u kemiji nema smisla bez periodnog sustava elemenata, ništa neće imati smisla u razumijevanju mozga bez razumijevanja postojanja i funkcioniranja pojedinih vrsta stanica".
Ako bismo hipotetski postigli tehnološki potencijal da možemo skenirati stanicu po stanicu i, na primjer, rekreirati ljudski mozak, takav bi pristup značio da čak i da smo uspjeli (što danas nije realno), još uvijek ne bismo razumjeli zašto mozak radi onako kako se stvarno događa. I nije važno govorimo li o mozgu kao živom biološkom organu ili njegovom digitalnom, hipotetski kloniranom dvojniku. MOZAK i imenik BICCN polazišta su za razumijevanje strukture i rada svakog neuronskog kruga, a time i za razumijevanje složenog ponašanja koje upravlja svim vrstama s tako složenim organom kao što je mozak.
Istraživanja se nastavljaju, a znanstvenici neprestano 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 vaditi mozak bez potrebe...