Misterele funcționării creierului uman i-au tulburat întotdeauna pe oamenii de știință. Au existat întotdeauna încercări de a imita creierul uman. Proiectul creierului uman este o astfel de încercare. În ce stadiu sunt oamenii de știință? Există succese?
Creierul uman este cel mai misterios computer biologic pe care îl cunoaștem. De fapt, nu știm suficient despre el, în ciuda eforturilor oamenilor de știință de a afla despre el în moduri din ce în ce mai sofisticate de-a lungul secolelor. Numai cele mai noi tehnologii ne pot oferi cunoștințe reale despre care nu puteam decât să ghicim înainte. Acest lucru nu schimbă faptul că suntem încă departe de conștientizarea deplină. În ce stadiu se află oamenii de știință moderni?
Interesant de asemenea: Ce sunt rețelele neuronale și cum funcționează?
Termenul „inteligență artificială”
În anii 1950, când termenul „inteligență artificială” a apărut pentru prima dată în știință, iar cercetătorii AI au demonstrat cu succes că poți învăța o mașină să facă lucruri pe care nu le poți face singuri, au fost încântați de asta. Simpla posibilitate ca o mașină să învețe, să demonstreze teoreme matematice singură (acest lucru a fost făcut, de exemplu, cu programul Logic Theorist dezvoltat în 1955 de Allen Newell și Herbert Simon), sau să joace dame și să învingă un om (program de Arthur Samuel, un inginer IBM, mai târziu profesor la Universitatea Stanford), a făcut lumea științifică să creadă că o simulare completă a creierului uman este la doar câțiva ani distanță.
Au trecut decenii și, în ciuda creșterii enorme a puterii de calcul, a dezvoltării rețelelor neuronale artificiale și a algoritmilor AI cu învățare automată profundă, suntem încă departe de a simula chiar și fragmente de creier. Mai simplu spus, pionierii AI din a doua jumătate a secolului al XX-lea au subestimat foarte mult capacitățile acestei „mase asemănătoare jeleului” la țestoasele noastre, care este 20% apă.
Interesant de asemenea: ChatGPT: instrucțiuni simple de utilizare
Creierul este complex
La naștere, creierul uman cântărește aproximativ 300 g. Un creier adult complet dezvoltat cântărește aproximativ 1,5 kg. Acesti 1,5 kg contine intregul nostru univers si toate facultatile mentale pe care le avem. Nu doar cele conștiente, precum gândirea abstractă, creativitatea, ci și cele de care nu suntem conștienți: motilitatea mișcărilor, controlul sistemului circulator, respirația și multe, multe altele.
Este o afirmație populară printre oamenii de știință că creierul uman este format din aproximativ 100 de miliarde de neuroni. Nu știm numărul lor exact și poate diferi în fiecare individ al speciei umane. Dar să presupunem că acest lucru este adevărat, iar acest număr nu este atât de mic. 100 de miliarde este mult, dar supercalculatoarele moderne pot simula obiecte și mai mari. Cu toate acestea, problema este că un neuron este ceva mult mai complex decât, de exemplu, un texel în grafica 3D, un pixel într-o imagine sau orice alt obiect care poate fi descris doar cu o mică bucată de cod.
Neuronii din creierul nostru sunt conectați între ei. Acestea nu sunt conexiuni fizice, pentru că atunci impulsurile electrice generate în neuronii individuali s-ar răspândi rapid în tot corpul, ceea ce ar face practic imposibilă funcționarea. Transmiterea informațiilor în creierul nostru se bazează atât pe electricitate (impulsuri), cât și pe chimie (neurotransmițători). Fiecare neuron (să ne amintim imaginea acum populară a unui neuron ca un „copac” cu dendrite caracteristice) poate fi conectat la alții cu ajutorul a până la zece mii de conexiuni sinaptice.
De acord, 10000 de conexiuni de la o celulă nervoasă reprezintă un nivel de complexitate mult mai mare decât porțile logice din tranzistoare. Dacă încercăm să numărăm numărul tuturor conexiunilor posibile dintre neuroni și stările pe care le pot obține la un moment dat (doar una), vom obține un număr imens care depășește cu mult numărul estimat de atomi din întreg universul observabil. Folosind această abordare, mulți oameni de știință specializați în neurobiologie și cu experiență în informatică cred că, chiar și cu nivelul actual de cunoștințe și dezvoltarea preconizată a acestuia, o simulare completă a unui organ atât de complex este o sarcină care va depăși capacitățile noastre pentru o perioadă lungă de timp. Dar asta nu înseamnă că oamenii de știință nu fac nimic și nu au realizat nimic. Să aruncăm o privire asupra unor proiecte care urmăresc să simuleze, dacă nu întreaga minte umană, atunci măcar o parte din ea.
Citeste si: 7 cele mai interesante utilizări ale ChatGPT
40 de minute și o secundă
În 2013, oamenii de știință japonezi de la Institutul de Tehnologie Okinawa și cercetătorii germani de la Forschungszentrum Jülich și-au unit forțele și au folosit unul dintre cele mai puternice supercalculatoare de pe planeta noastră la acea vreme (numit K Computer, liderul listei Top500 în 2011) cu putere de calcul. de 8,16 PFLOPS (sau 8,16 cvadrilioane operații în virgulă mobilă pe secundă) pentru a încerca să simuleze doar o bucată de creier. În general, simularea a constat în cartografierea activității a 1,73 miliarde de neuroni, care împreună au creat o rețea de 10,4 trilioane de conexiuni sinaptice. Asta înseamnă puțin mai mult de 1% din potențialul acelui „jeleu” biologic blocat în craniul tău. Simularea a folosit întreaga putere a procesoarelor 82944 Sparc64 VIIIfx (un sistem are o frecvență de ceas de 2 GHz și 8 nuclee). A funcționat această abordare?
Potrivit oamenilor de știință, da, dar pe de altă parte... depinde de cum privești. Aproximativ 40 de minute de funcționare a acestui supercomputer a durat pentru o simulare de doar 1 secundă de funcționare a fragmentului menționat al rețelei neuronale a creierului. Prin urmare, deși faptul că simularea a fost realizată deloc poate fi numit un succes, deoarece efectele, timpul de calcul și volumul simulării arată cu ce problemă uriașă ne confruntăm aici. Și trebuie amintit că odată cu creșterea numărului de neuroni, complexitatea rețelei sinaptice crește nu liniar, ci exponențial! Dacă chiar și cel mai rapid supercomputer american Frontier, care operează la Laboratorul Național Oak Ridge și are o putere de calcul de până la 1102 PFLOPS, adică de 135 de ori mai mare decât computerul japonez K menționat, ar fi folosit pentru aceeași sarcină, nu ar însemna acel Frontier ar putea simula (cu aceiași parametri de model) o rețea neuronală de 135 de ori mai mare. Aceeași simulare a unei secunde reale a unei rețele de 1,73 miliarde de neuroni va dura pe un supercomputer american nu 40 de minute, ci mai puțin de 18 secunde. Dar aceasta este încă mult mai mult decât o simulare de rețea în timp real și este doar o mică parte din ceea ce avem în cap. Simularea funcționării întregii minți aparține încă de domeniul science fiction-ului. Dar oamenii de știință încă încearcă.
Citeste si: Despre calculatoarele cuantice în cuvinte simple
Proiectul european al creierului uman
Human Brain Project (HBP) din punct de vedere al amplorii sale și al fondurilor alocate acestui proiect științific poate fi comparat cu un alt proiect legat de om – celebrul proiect „Human Gene”, care a durat din 1990 până în 2003. Pentru a înțelege pe deplin genomul uman, Human Brain Project își propune să ajute oamenii de știință să ne înțeleagă mai bine creierul. Cu toate acestea, Proiectul creierului uman, care este în desfășurare din 2013 și inițial trebuia să se încheie după un deceniu de cercetări (adică în 2023), nici măcar nu se apropie de a simula întregul creier. Deci, ce obiective intenționează să atingă oamenii de știință cu această cercetare?
Scopul principal al HBP nu este de a simula întregul creier, deoarece sper că am demonstrat deja că această sarcină depășește capacitățile civilizației noastre de astăzi. Scopul este de a stăpâni cel puțin parțial complexitatea creierului. Acest lucru va ajuta la dezvoltarea unor științe precum medicina, informatica, neurologia, precum și la dezvoltarea tehnologiilor a căror activitate este inspirată de modul în care funcționează mintea noastră.
Unul dintre rezultatele proiectului HBP este crearea unei platforme digitale pentru cercetarea creierului, EBRAINS. EBRAINS este o platformă open source care permite cercetătorilor din întreaga lume să folosească instrumente digitale disponibile într-un mediu cloud securizat. Cu alte cuvinte, EBRAINS oferă oamenilor de știință instrumentele pentru a modela și analiza funcționarea zonelor individuale ale creierului.
Un astfel de instrument este programul virtual de simulare a creierului creat de HBP și EBRAINS. Acest instrument este complet incapabil să simuleze activitatea întregului creier, dar permite, de exemplu, cercetătorilor noilor medicamente să simuleze efectele acestora asupra grupurilor de neuroni. Acest lucru, la rândul său, va permite oamenilor de știință să dezvolte noi tratamente utile pentru boli complexe precum boala Alzheimer, depresia, boala Parkinson și multe altele.
Interesant de asemenea:
- Deci, a vorbi sau a nu vorbi? Musk neagă că a vorbit cu Putin. Dar există un „dar”
- Artileria modernă este super-arma Ucrainei. Și de ce este Elon Musk aici?
Inițiativa US BRAIN
Un proiect și mai amplu și mai nou inițiat de instituțiile de cercetare americane este US BRAIN Initiative. Acesta este un alt proiect de cercetare de mai mulți ani, de miliarde de dolari, care vizează cartografierea conectomului uman. Ce este o conexiune? Acesta este un set de conexiuni nervoase ale acestui organism. Așa cum genomul este o hartă completă a lanțului genetic, iar proteomul este o hartă completă a proteinelor unui anumit organism. Cunoaștem deja genomul uman, descoperirea lui a costat miliarde de dolari. Astăzi, testarea genomului este disponibilă pe scară largă și, de exemplu, testele genetice pentru prezența unui defect costă câteva sute de dolari. Un genom complet este puțin mai scump, dar totuși cu ordine de mărime mai mic decât costul primului ADN uman citit.
Să revenim la Connectome și la proiectul american BRAIN. Care este scopul acestui proiect? Josh Gordon, director al Institutului Național de Sănătate Mintală din Bethesda, Maryland, a declarat: „Cunoașterea tuturor tipurilor de celule ale creierului, a modului în care se conectează între ele și a modului în care interacționează va deschide un set complet nou de terapii pe care astăzi îl vom folosi. nici nu-mi pot imagina.” În prezent, cel mai mare catalog de tipuri de celule nervoase din lume este creat și dezvoltat sistematic. Acest catalog, numit BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), descrie câte tipuri diferite de celule sunt în creier, în ce proporții apar, cum sunt distribuite spațial și ce interacțiuni apar între ele.
De unde această abordare? Din nevoia de a înțelege cum funcționează creierul. Avantajele acestei abordări sunt explicate într-o declarație către Nature a neurologului Christoph Koch, principalul om de știință al programului MindScope, care este implementat de Institutul Allen pentru Știința Creierului din Seattle: „Așa cum nimic în chimie nu are sens fără tabelul periodic al elemente, nimic nu va avea sens în înțelegerea creierului fără a înțelege existența și funcționarea tipurilor individuale de celule.”
Dacă am atins ipotetic potențialul tehnologic de a putea scana celulă cu celulă și, de exemplu, de a recrea creierul uman, o astfel de abordare ar însemna că, chiar dacă am reuși (ceea ce nu este realist astăzi), tot nu am înțelege de ce creierul funcționează așa cum se întâmplă cu adevărat. Și nu contează dacă vorbim despre creier ca un organ biologic viu sau despre omologul său digital, clonat ipotetic. CREIER și director BICCN sunt puncte de plecare pentru înțelegerea structurii și funcționării fiecărui circuit neuronal și, prin urmare, pentru înțelegerea comportamentului complex care guvernează toate speciile cu un organ la fel de complex precum creierul.
Cercetările continuă, iar oamenii de știință își prezintă constant noile realizări pe un site web special creat. Prin urmare, sunt sigur că în curând vom aștepta și mai multe descoperiri interesante.
Interesant de asemenea:
În curând va fi posibil să scoatem creierul tuturor în mod inutil...