Воспоминания улиток
Осенью прошлого года в Калифорнийском университете, в Лос-Анджелесе, провели эксперимент. Ученые сформировали у улитки аплазии (Aplysia californica) защитный рефлекс: в ответ даже на легкое прикосновение она сильно втягивала сифон. Когда РНК из нервных узлов этого моллюска ввели в нервную систему необученной особи, та стала реагировать на раздражающие стимулы похожим образом.
Так ученые доказали, что пересадка РНК фактически равноценна переносу памяти.
Это один из первых случаев в науке, когда воспоминания одного организма внедрили в другой, однако полностью загрузить психические процессы животного, в том числе и человека, на внешний носитель (будь то живое существо или компьютер) пока еще не удавалось.
Мозг и суперкомпьютеры
С улитками экспериментировать проще: нервная система Aplysia californica состоит всего из нескольких тысяч крупных нейронов, которые легко изолировать. Именно поэтому ученые считают ее оптимальной моделью для изучения мозга и памяти. У человека же около 86 миллиардов нейронов, а между ними — 150 триллионов синапсов.
У каждого синапса порядка тысячи молекулярных триггеров.
Если представить мозг в виде компьютера, то у него было бы 150 квадриллионов транзисторов.
Такой машины не существует, отметил, выступая на Geek Picnic, Сергей Марков, специалист по машинному обучению. У суперкомпьютера последнего поколения Summit, запущенного в США в июне этого года, всего 21 миллиард транзисторов. Впрочем, сканировать и картировать информацию с головного мозга человека мы все равно не умеем.
По оценкам футуролога Андерса Сандберга и философа Ника Бострома, суперкомпьютер необходимой мощности появится не раньше 2111 года. Известный изобретатель Рэй Курцвейл настроен более оптимистично. В книге «Сингулярность уже близка» он пишет, что компьютер, способный моделировать человеческий мозг в полном объеме, создадут уже к 2025 году.
В погоне за искусственным интеллектом
Сегодня в мире реализуют два крупных проекта, чья основная цель — действующая компьютерная модель мозга. В рамках первого — Brain Blue Gene, стартовавшего еще в 2005 году, исследователи создали искусственный аналог неокортекса крысы (части коры больших полушарий головного мозга), состоящего из 31 тысячи нейронов. Чтобы смоделировать небольшой участок крысиного мозга (объемом всего 0,29 кубического миллиметра) и симулировать его работу, понадобились десять лет и вся вычислительная мощность суперкомпьютера Blue Gene (209 терафлопс), разработанного компанией IBM специально для этого проекта.
Благодаря этой модели нейрофизиологи выяснили, что связи между нейронами формируются как в случайном порядке, так и с помощью специальных химических веществ, секретируемых нервными клетками в межклеточную жидкость. Кроме того, стало ясно: чтобы точно спрогнозировать возникновение нейронных связей, необязательно знать конкретное место расположения нервной клетки внутри того или иного слоя коры.
Достаточно поместить нейроны определенного типа в соответствующие слои, учитывая плотность их размещения и необходимое количество. Это в будущем значительно облегчит создание компьютерной модели человеческого мозга.
Аналог человеческого мозга
Разработкой такой модели занимаются ученые из международного проекта Human Brain Project, основанного пять лет назад. Ядро исследовательской команды составляют специалисты из Brain Blue Gene, продемонстрировавшие в 2015 году компьютерную симуляцию неокортекса крысы. Планируется, что действующая модель человеческого мозга будет готова к 2023 году.
Сейчас исследователи из Human Brain Project пытаются реконструировать отделы мозга крысы (гиппокамп, мозжечок, сенсомоторная кора, базальные ганглии) и работают над «режимом реального времени», при котором одна секунда функционирования мозга моделировалась бы процессорами тоже за одну секунду.
На основе полученных результатов исследователи надеются воссоздать весь мозг грызуна, а впоследствии и человека.
Нейрофизиолог Генри Маркрам, возглавляющий и Brain Blue Gene, и Human Brain Project, в опубликованной в прошлом году статье предлагал отказаться от «попыток рассчитать срок, за который мы сможем воссоздать мозг с точностью до каждой его молекулы». Основная причина все та же — недостаточная вычислительная мощность современных суперкомпьютеров.
Чтобы настолько детально симулировать деятельность человеческого мозга, необходимы йоттафлопсы мощности 10 в 24-й степени операций в секунду, а возможностей нынешних машин, измеряемых в сотнях петафлопс (10 в 15-й степени операций в секунду), хватит только на грубую симуляцию нервной системы червя Rotifera, состоящей из надглоточного ганглия и нескольких нервных стволов.
Вечная жизнь сознания
Точная компьютерная симуляция человеческого мозга позволит ученым лучше понять принципы, по которым он действует, и разобраться в механизмах развития психических расстройств. Кроме того, искусственный аналог станет идеальным объектом для испытаний новых методов лечения и лекарственных препаратов. Вероятно, даже можно будет полностью отказаться от опытов на животных.
Не за горами создание технологий постнеокортекса, полагает Марков. К неокортексу человека смогут присоединять огромную нейросеть, превосходящую естественную нейросеть мозга по размерам, числу клеток и синапсов. Человеческое сознание в этом случае будет базироваться на комбинированном субстрате, состоящем из биологического мозга и искусственной нейронной сети. После смерти его биологической части искусственная продолжит существовать без серьезных потерь для личности. Вероятно, так людям удастся отсрочить неминуемую смерть.
