Leyndardómar um starfsemi mannsheilans hafa alltaf truflað vísindamenn. Það hefur alltaf verið reynt að líkja eftir mannsheilanum. Human Brain Project er ein slík tilraun. Á hvaða stigi eru vísindamenn? Er árangur?
Mannsheilinn er dularfullasta líffræðilega tölva sem við þekkjum. Reyndar vitum við ekki nóg um það, þrátt fyrir tilraunir vísindamanna til að læra um það á sífellt flóknari hátt í gegnum aldirnar. Aðeins nýjasta tækni getur veitt okkur raunverulega þekkingu sem við gátum aðeins giskað á áður. Þetta breytir því ekki að við erum enn langt frá því að vera með fulla vitund. Á hvaða stigi eru nútíma vísindamenn?
Einnig áhugavert: Hvað eru taugakerfi og hvernig virka þau?
Á fimmta áratugnum, þegar hugtakið „gervigreind“ birtist fyrst í vísindum og gervigreindarfræðingar sönnuðu með góðum árangri að þú getur kennt vél að gera hluti sem þú getur ekki gert sjálfur, voru þeir spenntir fyrir því. Einfaldi möguleikinn að vél geti lært, sannað stærðfræðilegar setningar á eigin spýtur (þetta var til dæmis gert með Logic Theorist forritinu sem þróað var árið 1950 af Allen Newell og Herbert Simon), eða spilað tígli og barið mann (forrit eftir Arthur Samuel, IBM verkfræðingur, síðar prófessor við Stanford háskóla), leiddi vísindaheiminn til að trúa því að fullkomin uppgerð mannsheilans væri aðeins nokkur ár í burtu.
Áratugir eru liðnir og þrátt fyrir gífurlegan vöxt í tölvuorku, þróun gervi tauganeta og gervigreindar reiknirit með djúpu vélanámi, erum við enn langt frá því að líkja eftir jafnvel brotum heilans. Einfaldlega sagt, frumkvöðlar gervigreindar á seinni hluta 20. aldar vanmatu mjög getu þessa „hlauplíka massa“ í skjaldbökum okkar, sem er 90% vatn.
Einnig áhugavert: ChatGPT: Einfaldar notkunarleiðbeiningar
Við fæðingu vegur heilinn um það bil 300 g. Fullþroskaður fullorðinn heili vegur um það bil 1,5 kg. Þetta 1,5 kg inniheldur allan alheiminn okkar og alla andlega hæfileika sem við höfum. Ekki bara meðvituð, eins og óhlutbundin hugsun, sköpunarkraftur, heldur líka þau sem við erum ekki meðvituð um: hreyfanleika hreyfinga, stjórn á blóðrásarkerfinu, öndun og margt, margt fleira.
Það er vinsæl staðhæfing meðal vísindamanna að mannsheilinn samanstendur af um það bil 100 milljörðum taugafrumna. Við vitum ekki nákvæmlega fjölda þeirra og það getur verið mismunandi eftir einstaklingum mannkyns. En gefum okkur að þetta sé rétt og þessi tala sé ekki svo lítil. 100 milljarðar eru mikið, en nútíma ofurtölvur geta líkt eftir enn stærri hlutum. Hins vegar er vandamálið að taugafruma er eitthvað miklu flóknara en til dæmis texel í þrívíddargrafík, pixla í mynd eða hvaða hlut sem er sem hægt er að lýsa með aðeins litlum kóða.
Taugafrumur í heila okkar eru tengdar hver annarri. Þetta eru ekki líkamlegar tengingar, því þá myndu rafboðin sem myndast í einstökum taugafrumum dreifast hratt um líkamann, sem myndi nánast gera það ómögulegt að starfa. Miðlun upplýsinga í heila okkar byggist bæði á rafmagni (hvati) og efnafræði (taugaboðefni). Hverja taugafrumu (minnjum á þessa vinsælu mynd af taugafrumu sem "tré" með einkennandi dendritum) er hægt að tengja við aðra með hjálp allt að tíu þúsund taugamótatenginga.
Sammála, 10000 tengingar frá einni taugafrumu eru miklu hærra flækjustig en rökhlið í smára. Ef við reynum að telja fjölda allra mögulegra tenginga milli taugafrumna og ástandsins sem þær geta fengið á hverju augnabliki (bara eitt), þá fáum við gríðarlegan fjölda sem er langt umfram áætlaðan fjölda atóma í öllum sjáanlegum alheimi. Með því að nota þessa nálgun telja margir vísindamenn sem sérhæfa sig í taugalíffræði og hafa einnig bakgrunn í tölvunarfræði að jafnvel með núverandi þekkingarstigi og væntanlegri þróun þess, sé fullkomin eftirlíking af svo flóknu líffæri verkefni sem mun fara fram úr getu okkar fyrir langur tími. En þetta þýðir ekki að vísindamenn geri ekkert og hafi ekki áorkað neinu. Við skulum skoða nokkur verkefni sem miða að því að líkja eftir, ef ekki öllum mannshuganum, þá að minnsta kosti hluta hans.
Lestu líka: 7 svalasta notkun ChatGPT
Árið 2013 tóku japanskir vísindamenn frá Okinawa Institute of Technology og þýskir vísindamenn frá Forschungszentrum Jülich höndum saman og notuðu eina öflugustu ofurtölvu á plánetunni okkar á þeim tíma (kölluð K Computer, leiðtogi Top500 listans árið 2011) með tölvuafli. af 8,16 PFLOPS (eða 8,16 quadrillion flotapunktaaðgerðum á sekúndu) til að reyna að líkja eftir aðeins sneið af heilanum. Alls fólst uppgerðin í því að kortleggja vinnu 1,73 milljarða taugafrumna, sem saman mynduðu net 10,4 trilljóna taugamótatenginga. Það er aðeins meira en 1 prósent af möguleikum líffræðilegs „hlaups“ sem er fast í höfuðkúpunni þinni. Uppgerðin notaði fullan kraft 82944 Sparc64 VIIIfx örgjörva (eitt kerfi er með klukkutíðni 2 GHz og 8 kjarna). Virkaði þessi nálgun?
Samkvæmt vísindamönnum, já, en á hinn bóginn... fer það eftir því hvernig þú lítur á það. Um það bil 40 mínútur af notkun þessarar ofurtölvu entust til að líkja eftir aðeins 1 sekúndu af rekstri nefnds hluta taugakerfis heilans. Þess vegna, þótt kalla megi það að uppgerðin hafi yfirhöfuð verið framkvæmd, þá sýna áhrifin, útreikningstíminn og rúmmál uppgerðarinnar hversu mikið vandamál við stöndum frammi fyrir hér. Og það ætti að hafa í huga að með aukningu á fjölda taugafrumna eykst flókið taugamótunarnetið ekki línulega, heldur veldisvísis! Ef jafnvel hraðskreiðasta bandaríska ofurtölvan Frontier, sem starfar á Oak Ridge National Laboratory og hefur tölvugetu upp á allt að 1102 PFLOPS, þ.e.a.s. 135 sinnum meiri en nefnd japanska K Computer, væri notuð í sama verkefni, myndi það ekki þýða að Frontier gæti líkt eftir (með sömu breytum líkansins) tauganeti 135 sinnum stærra. Sama eftirlíking af einni raunverulegri sekúndu af neti 1,73 milljarða taugafrumna mun endast í bandarískri ofurtölvu ekki 40 mínútur, heldur minna en 18 sekúndur. En þetta er samt miklu meira en raunveruleg rauntíma netuppgerð og er aðeins lítill hluti af því sem við höfum í hausnum á okkur. Að líkja eftir verkum alls hugans á enn heima á sviði vísindaskáldskapar. En vísindamenn eru enn að reyna.
Lestu líka: Um skammtatölvur í einföldum orðum
Human Brain Project (HBP) miðað við umfang þess og fjármuni sem úthlutað er til þessa vísindaverkefnis má bera saman við annað verkefni sem tengist manninum - hið fræga verkefni "Human Gene", sem stóð frá 1990 til 2003. Til að skilja erfðamengi mannsins að fullu miðar Human Brain Project að því að hjálpa vísindamönnum að skilja heilann okkar betur. Hins vegar, Human Brain Project, sem hefur staðið yfir síðan 2013 og átti upphaflega að ljúka eftir áratug af rannsóknum (þ.e. árið 2023), kemst ekki einu sinni nálægt því að líkja eftir öllum heilanum. Svo, hvaða markmiðum ætla vísindamenn að ná með þessari rannsókn?
Meginmarkmið HBP er ekki að líkja eftir öllum heilanum, þar sem ég vona að við höfum þegar sýnt að þetta verkefni er ofar getu siðmenningarinnar okkar í dag. Markmiðið er að ná tökum á margbreytileika heilans að minnsta kosti að hluta. Þetta mun hjálpa til við þróun slíkra vísinda eins og læknisfræði, tölvunarfræði, taugafræði, sem og við þróun tækni sem er innblásin af því hvernig hugur okkar starfar.
Ein af niðurstöðum HBP verkefnisins er stofnun stafræns vettvangs fyrir heilarannsóknir, EBRAINS. EBRAINS er opinn uppspretta vettvangur sem gerir vísindamönnum víðsvegar að úr heiminum kleift að nota stafræn verkfæri sem til eru í öruggu skýjaumhverfi. Með öðrum orðum, EBRAINS veitir vísindamönnum tæki til að móta og greina starfsemi einstakra svæða heilans.
Eitt slíkt tæki er sýndarheilahermiforritið búið til af HBP og EBRAINS. Þetta tól er algjörlega ófært um að líkja eftir verkum alls heilans, en það gerir til dæmis rannsakendum nýrra lyfja kleift að líkja eftir áhrifum þeirra á hópa taugafrumna. Þetta mun aftur á móti gera vísindamönnum kleift að þróa nýjar meðferðir sem eru gagnlegar fyrir flókna sjúkdóma eins og Alzheimerssjúkdóm, þunglyndi, Parkinsonsveiki og fleira.
Einnig áhugavert:
Enn stærra og nýrra verkefni að frumkvæði bandarískra rannsóknastofnana er US BRAIN Initiative. Þetta er annað margra ára, margra milljarða dollara rannsóknarverkefni sem miðar að því að kortleggja mannleg tengsl. Hvað er tenging? Þetta er sett af taugatengingum þessarar lífveru. Rétt eins og erfðamengið er heildarkort af erfðakeðjunni og próteinið er heildarkort af próteinum tiltekinnar lífveru. Við þekkjum þegar erfðamengi mannsins, uppgötvun þess kostaði milljarða dollara. Í dag eru erfðamengisprófanir víða tiltækar og til dæmis kosta erfðafræðilegar prófanir á tilvist galla nokkur hundruð dollara. Heilt erfðamengi er aðeins dýrara, en samt stærðargráðum minna en kostnaður við fyrsta DNA úr mönnum sem lesið er.
Förum aftur að Connectome og bandaríska BRAIN verkefninu. Hver er tilgangurinn með þessu verkefni? Josh Gordon, forstjóri bandarísku geðheilbrigðisstofnunarinnar í Bethesda, Maryland, sagði: „Að þekkja allar tegundir heilafrumna, hvernig þær tengjast hver annarri og hvernig þær hafa samskipti mun opna fyrir alveg nýtt sett af meðferðum sem við í dag. get ekki einu sinni ímyndað mér." Eins og er er verið að búa til stærsta skrá heimsins yfir taugafrumugerðir og þróa hana markvisst. Þessi vörulisti, sem kallast BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), lýsir því hversu margar mismunandi gerðir frumna eru í heilanum, í hvaða hlutföllum þær eiga sér stað, hvernig þær eru dreifðar og hvaða samskipti eiga sér stað á milli þeirra.
Hvaðan kemur þessi nálgun? Frá þörfinni til að skilja hvernig heilinn virkar. Kostir þessarar nálgunar eru útskýrðir í yfirlýsingu til Nature frá taugavísindamanninum Christoph Koch, aðalvísindamanni MindScope áætlunarinnar, sem er útfært af Allen Institute for Brain Science í Seattle: „Rétt eins og ekkert í efnafræði er skynsamlegt án lotukerfisins. þættir, ekkert vit í því að skilja heilann án þess að skilja tilvist og virkni einstakra tegunda frumna“.
Ef við myndum ná þeim tæknilega möguleika að geta skannað frumu fyrir frumu og til dæmis endurskapað mannsheilann, myndi slík nálgun þýða að jafnvel þótt okkur tækist það (sem er ekki raunhæft í dag) myndum við samt ekki skilja hvers vegna heilinn virkar eins og hann raunverulega gerist. Og það skiptir ekki máli hvort við erum að tala um heilann sem lifandi líffæri eða stafræna, ímyndaða klónaða hliðstæðu hans. HEILI og skrá BICCN eru útgangspunktar til að skilja uppbyggingu og starfsemi hverrar taugahringrásar og því til að skilja flókna hegðun sem stjórnar öllum tegundum með jafnflókið líffæri og heilinn.
Rannsóknir halda áfram og vísindamenn kynna stöðugt ný afrek sín á þar til gerðri vefsíðu. Þess vegna er ég viss um að bráðum munum við bíða eftir enn áhugaverðari uppgötvunum.
Einnig áhugavert:
Skoða Athugasemdir
Bráðum verður hægt að fjarlægja heila allra sem óþarfa...