Ihmisaivojen toiminnan mysteerit ovat aina vaivanneet tutkijoita. Ihmisaivoja on aina yritetty jäljitellä. Human Brain Project on yksi tällainen yritys. Missä vaiheessa tiedemiehet ovat? Onko onnistumisia?
Ihmisen aivot ovat salaperäisin biologinen tietokone, jonka tiedämme. Itse asiassa emme tiedä siitä tarpeeksi, vaikka tiedemiehet ovat yrittäneet oppia siitä yhä kehittyneemmillä tavoilla vuosisatojen kuluessa. Vain uusimmat tekniikat voivat antaa meille todellista tietoa, josta voimme vain arvailla aiemmin. Tämä ei muuta sitä tosiasiaa, että olemme vielä kaukana täydestä tietoisuudesta. Missä vaiheessa modernit tiedemiehet ovat?
Mielenkiintoista myös: Mitä ovat neuroverkot ja miten ne toimivat?
Kun termi "tekoäly" ilmestyi 1950-luvulla tieteessä ensimmäisen kerran ja tekoälytutkijat osoittivat onnistuneesti, että voit opettaa koneen tekemään asioita, joita et voi tehdä itse, he olivat innoissaan siitä. Yksinkertainen mahdollisuus, että kone voi oppia, todistaa matemaattisia lauseita yksinään (tämä tehtiin esimerkiksi Allen Newellin ja Herbert Simonin vuonna 1955 kehittämällä Logic Theorist -ohjelmalla) tai pelata tammi ja voittaa ihmisen (Arthurin ohjelma Samuel, IBM:n insinööri, myöhemmin Stanfordin yliopiston professori) sai tiedemaailman uskomaan, että ihmisaivojen täydellinen simulaatio oli vain muutaman vuoden päässä.
Vuosikymmeniä on kulunut, ja laskentatehon valtavasta kasvusta, keinotekoisten hermoverkkojen ja syvään koneoppimiseen perustuvien tekoälyalgoritmien kehityksestä huolimatta olemme vielä kaukana edes aivojen fragmenttien simuloinnista. Yksinkertaisesti sanottuna 20-luvun toisen puoliskon tekoälypioneerit aliarvioivat suuresti tämän kilpikonniemme "hyytelömäisen massan", joka on 90 % vettä, ominaisuuksia.
Mielenkiintoista myös: ChatGPT: Yksinkertaiset käyttöohjeet
Syntyessään ihmisen aivot painavat noin 300 g.Täysin kehittyneet aikuisen aivot painavat noin 1,5 kg. Tämä 1,5 kg sisältää koko universumimme ja kaikki henkiset kyvyt, jotka meillä on. Ei vain tietoisia, kuten abstraktia ajattelua, luovuutta, vaan myös sellaisia, joista emme ole tietoisia: liikkeiden liikkuvuus, verenkiertojärjestelmän hallinta, hengitys ja paljon muuta.
Tiedemiesten keskuudessa suosittu väite, että ihmisen aivot koostuvat noin 100 miljardista neuronista. Emme tiedä niiden tarkkaa lukumäärää, ja se voi vaihdella jokaisessa ihmislajissa. Mutta oletetaan, että tämä on totta, eikä tämä luku ole niin pieni. 100 miljardia on paljon, mutta nykyaikaiset supertietokoneet voivat simuloida jopa suurempia esineitä. Ongelmana on kuitenkin se, että neuroni on jotain paljon monimutkaisempaa kuin esimerkiksi tekseli 3D-grafiikassa, pikseli kuvassa tai mikä tahansa muu esine, joka voidaan kuvata vain pienellä koodipalalla.
Aivoissamme olevat neuronit ovat yhteydessä toisiinsa. Nämä eivät ole fyysisiä yhteyksiä, koska silloin yksittäisissä hermosoluissa syntyneet sähköimpulssit leviäisivät nopeasti koko kehoon, mikä käytännössä tekisi toiminnan mahdottomaksi. Tietojen välitys aivoissamme perustuu sekä sähköön (impulsseja) että kemiaan (neurotransmitterit). Jokainen neuroni (muistakaamme nyt suosittu kuva neuronista "puuna", jolla on ominaisia dendriittejä) voidaan yhdistää muihin jopa kymmenentuhannen synaptisen yhteyden avulla.
Samaa mieltä, 10000 XNUMX yhteyttä yhdestä hermosolusta on paljon monimutkaisempi kuin transistoreiden logiikkaportit. Jos yritämme laskea kaikkien mahdollisten neuronien välisten yhteyksien lukumäärän ja ne tilat, jotka ne voivat saada kullakin hetkellä (vain yksi), saamme valtavan määrän, joka ylittää huomattavasti koko havaittavassa maailmankaikkeudessa arvioidun atomimäärän. Tätä lähestymistapaa käyttämällä monet neurobiologiaan erikoistuneet ja myös tietojenkäsittelytieteen taustaa omaavat tutkijat uskovat, että vaikka nykyisen tietämyksen taso ja sen odotettu kehitys huomioidaan, niin monimutkaisen elimen täydellinen simulointi on tehtävä, joka ylittää kykymme. pitkä aika. Mutta tämä ei tarkoita, että tiedemiehet eivät tekisi mitään eivätkä ole saavuttaneet mitään. Tarkastellaanpa joitain projekteja, joiden tarkoituksena on simuloida, jos ei koko ihmismieltä, niin ainakin osaa siitä.
Lue myös: 7 tyylikkäintä ChatGPT:n käyttöä
Vuonna 2013 japanilaiset tutkijat Okinawan teknologiainstituutista ja saksalaiset tutkijat Forschungszentrum Jülichistä yhdistivät voimansa ja käyttivät yhtä planeettamme tuolloin tehokkaimmista supertietokoneista (nimeltään K Computer, Top500-listan johtaja vuonna 2011) laskentateholla. 8,16 PFLOPSia (tai 8,16 kvadriljoonaa liukulukuoperaatiota sekunnissa) yrittääkseen simuloida vain siivua aivoista. Kaiken kaikkiaan simulaatio koostui 1,73 miljardin neuronin työn kartoittamisesta, jotka yhdessä loivat 10,4 biljoonan synaptisen yhteyden verkon. Se on hieman yli 1 prosentti sen biologisen "hyytelön" potentiaalista, joka on juuttunut kalloasi. Simulaatiossa käytettiin 82944 Sparc64 VIIIfx -prosessorin täyttä tehoa (yhdessä järjestelmässä on 2 GHz:n kellotaajuus ja 8 ydintä). Toimiiko tämä lähestymistapa?
Tiedemiesten mukaan kyllä, mutta toisaalta... se riippuu siitä, miten asiaa katsoo. Noin 40 minuuttia tämän supertietokoneen toimintaa kesti mainitun aivojen hermoverkon fragmentin toiminnan simulaatiossa vain 1 sekuntia. Näin ollen vaikka sitä tosiasiaa, että simulaatio ylipäänsä tehtiin, voidaan kutsua onnistuneeksi, simulaation vaikutukset, laskenta-aika ja volyymi osoittavat, kuinka valtava ongelma meillä tässä on. Ja on muistettava, että neuronien määrän kasvaessa synaptisen verkon monimutkaisuus ei kasva lineaarisesti, vaan eksponentiaalisesti! Jos edes tällä hetkellä nopeinta amerikkalaista supertietokonetta Frontier, joka toimii Oak Ridge National Laboratoryssa ja jonka laskentateho on jopa 1102 PFLOPS, eli 135 kertaa suurempi kuin mainittu japanilainen K Computer, käytettäisiin samaan tehtävään, se ei tarkoittaisi sitä. että Frontier voisi simuloida (samoilla malliparametreilla) 135 kertaa suurempaa neuroverkkoa. Sama simulaatio 1,73 miljardin neuronin verkon yhdestä todellisesta sekunnista ei kestä amerikkalaisessa supertietokoneessa 40 minuuttia, vaan alle 18 sekuntia. Mutta tämä on silti paljon enemmän kuin todellinen reaaliaikainen verkkosimulaatio, ja se on vain pieni osa siitä, mitä meillä on päässämme. Koko mielen toiminnan simulointi kuuluu edelleen tieteiskirjallisuuden piiriin. Mutta tiedemiehet yrittävät edelleen.
Lue myös: Tietoja kvanttitietokoneista yksinkertaisin sanoin
Human Brain Project (HBP) laajuudeltaan ja tälle tieteelliselle hankkeelle myönnettyjen varojen suhteen voidaan verrata toiseen ihmiseen liittyvään hankkeeseen - kuuluisaan hankkeeseen "Human Gene", joka kesti vuosina 1990-2003. Ymmärtääkseen täysin ihmisen genomin Human Brain Project pyrkii auttamaan tutkijoita ymmärtämään paremmin aivojamme. Vuodesta 2013 käynnissä ollut Human Brain Project -projekti, jonka oli alun perin tarkoitus päättyä vuosikymmenen tutkimuksen jälkeen (eli vuonna 2023), ei kuitenkaan pääse lähellekään koko aivojen simulointia. Mitä tavoitteita tutkijat aikovat saavuttaa tällä tutkimuksella?
HBP:n päätavoite ei ole simuloida koko aivoja, koska toivon, että olemme jo osoittaneet, että tämä tehtävä on nykypäivän sivilisaatiomme kykyjen ulkopuolella. Tavoitteena on hallita ainakin osittain aivojen monimutkaisuus. Tämä auttaa sellaisten tieteiden kuin lääketieteen, tietojenkäsittelytieteen ja neurologian kehittämisessä sekä sellaisten teknologioiden kehittämisessä, joiden työ on saanut inspiraationsa siitä, miten mielemme toimii.
Yksi HBP-hankkeen tuloksista on digitaalisen aivotutkimuksen alustan EBRAINS luominen. EBRAINS on avoimen lähdekoodin alusta, jonka avulla tutkijat ympäri maailmaa voivat käyttää digitaalisia työkaluja turvallisessa pilviympäristössä. Toisin sanoen EBRAINS tarjoaa tutkijoille työkalut yksittäisten aivojen alueiden toiminnan mallintamiseen ja analysointiin.
Yksi tällainen työkalu on HBP:n ja EBRAINSin luoma virtuaaliaivojen simulointiohjelma. Tämä työkalu ei täysin pysty simuloimaan koko aivojen toimintaa, mutta sen avulla esimerkiksi uusien lääkkeiden tutkijat voivat simuloida niiden vaikutuksia hermosoluryhmiin. Tämä puolestaan antaa tutkijoille mahdollisuuden kehittää uusia hoitoja, jotka ovat hyödyllisiä monimutkaisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin, masennukseen, Parkinsonin tautiin ja muihin.
Mielenkiintoista myös:
Vielä suurempi ja uudempi amerikkalaisten tutkimuslaitosten käynnistämä projekti on US BRAIN Initiative. Tämä on toinen monivuotinen, monen miljardin dollarin tutkimusprojekti, jonka tavoitteena on kartoittaa ihmisen yhteys. Mikä on yhteys? Tämä on joukko tämän organismin hermoyhteyksiä. Aivan kuten genomi on täydellinen kartta geneettisestä ketjusta ja proteomi on täydellinen kartta tietyn organismin proteiineista. Tiedämme jo ihmisen genomin, sen löytäminen maksoi miljardeja dollareita. Nykyään genomitestaus on laajalti saatavilla ja esimerkiksi geenitestit vian toteamiseksi maksavat useita satoja dollareita. Täydellinen genomi on hieman kalliimpi, mutta silti suuruusluokkaa pienempi kuin ensimmäisen ihmisen DNA:n luettu hinta.
Palataanpa Connectomeen ja amerikkalaiseen BRAIN-projektiin. Mikä on tämän projektin tarkoitus? Josh Gordon, Yhdysvaltain kansallisen mielenterveysinstituutin johtaja Bethesdassa, Marylandissa, sanoi: "Kaikentyyppisten aivosolujen tunteminen, kuinka ne liittyvät toisiinsa ja miten ne ovat vuorovaikutuksessa, avaa kokonaan uusia hoitomuotoja, jotka tänään ei voi edes kuvitella." Tällä hetkellä luodaan ja kehitetään järjestelmällisesti maailman suurinta hermosolutyyppien luetteloa. Tämä luettelo, nimeltään BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), kuvaa kuinka monta eri tyyppistä solua aivoissa on, missä suhteissa niitä esiintyy, kuinka ne jakautuvat alueellisesti ja mitä vuorovaikutuksia niiden välillä tapahtuu.
Mistä tämä lähestymistapa on peräisin? Tarve ymmärtää aivojen toimintaa. Tämän lähestymistavan edut selitetään Naturelle antamassa lausunnossa, jonka neurotieteilijä Christoph Koch, Seattlessa sijaitsevan Allen Institute for Brain Sciencen toteuttaman MindScope-ohjelman päätutkija: "Aivan kuin kemiassa ei ole mitään järkeä ilman jaksollista elementtejä, aivojen ymmärtämisessä ei ole mitään järkeä ilman yksittäisten solutyyppien olemassaolon ja toiminnan ymmärtämistä."
Jos saavutamme hypoteettisesti teknisen potentiaalin, jonka avulla pystyisimme skannaamaan solu solulta ja esimerkiksi luomaan uudelleen ihmisaivot, tällainen lähestymistapa merkitsisi sitä, että vaikka onnistuisimmekin (mikä ei ole nykyään realistista), emme silti ymmärtäisi, miksi aivot toimivat niin kuin todella tapahtuu. Eikä sillä ole väliä, puhummeko aivoista elävänä biologisena elimenä vai sen digitaalisena, hypoteettisesti kloonatun vastineena. BRAIN ja hakemisto BICCN ovat lähtökohtia kunkin hermopiirin rakenteen ja toiminnan ymmärtämiselle ja siten myös sen monimutkaisen käyttäytymisen ymmärtämiselle, joka hallitsee kaikkia lajeja, joilla on yhtä monimutkainen elin kuin aivot.
Tutkimus jatkuu, ja tutkijat esittelevät jatkuvasti uusia saavutuksiaan erityisesti luodulla verkkosivustolla. Siksi olen varma, että pian meitä odottaa vielä mielenkiintoisempia löytöjä.
Mielenkiintoista myös:
Näytä kommentit
Pian on mahdollista poistaa kaikkien aivot tarpeettomina...