Osoby czytające wydania polityki

„Polityka”. Największy tygodnik w Polsce.

Wiarygodność w czasach niepewności.

Subskrybuj z rabatem
Nauka

Mózg w maszynie

Co się kryje w ludzkiej głowie?

Znając budowę mózgu, będzie można pokusić się o stworzenie komputerów i programów, które będą naśladowały naturę i dzięki temu będą wydajniejsze niż dziś. Znając budowę mózgu, będzie można pokusić się o stworzenie komputerów i programów, które będą naśladowały naturę i dzięki temu będą wydajniejsze niż dziś. Peter Eggermann / PantherMedia
Jak zbadać najbardziej złożony obiekt we Wszechświecie? Najlepiej byłoby zbudować coś równie skomplikowanego i zobaczyć, jak działa. To właśnie proponują naukowcy, którzy planują stworzenie symulacji komputerowej ludzkiego mózgu.
Pytania o efekty projektu są zdecydowanie przedwczesne, ale wyobraźnia podsuwa różne obrazy.krishna creations/PantherMedia Pytania o efekty projektu są zdecydowanie przedwczesne, ale wyobraźnia podsuwa różne obrazy.
Stworzenie sztucznego mózgu będzie wymagało ogromnego wysiłku tysięcy prawdziwych umysłów.CB Productions/Corbis Stworzenie sztucznego mózgu będzie wymagało ogromnego wysiłku tysięcy prawdziwych umysłów.

Ludzki mózg zawiera podobno 100 mld neuronów, a połączeń między nimi – synaps – milion razy więcej. Wszystkie neurony i synapsy mają swoją skomplikowaną budowę. Komórki układają się w większe struktury – części mózgu, które mają swoje nazwy i funkcje. Jedna część odpowiada za zapamiętywanie twarzy, inna za mowę, jeszcze inne pozwalają nam liczyć i operować pojęciami czasu i przestrzeni. Wszystkie elementy komunikują się ze sobą dzięki reakcjom chemicznym i impulsom elektrycznym. Elementów składowych i możliwych interakcji między nimi jest tak wiele, że mózg uważany jest za najbardziej skomplikowany obiekt we Wszechświecie. Wciąż nie wiemy, jak dokładnie działa i co sprawia, że czasem coś się w nim psuje.

Mózg wirtualny

Kłopot z badaniem mózgu polega na tym, że albo badamy jego fragmenty zbyt szczegółowo, albo zbyt ogólnie. Jego reakcje na bodźce obserwujemy dzięki ich zewnętrznym przejawom, np. za pomocą aparatu EEG. Linia na ekranie pokazuje zmiany potencjału elektrycznego na skórze czaszki, co odzwierciedla intensywność przesyłania sygnałów elektrycznych pomiędzy neuronami w korze mózgowej. Więcej informacji daje funkcjonalny rezonans magnetyczny – fMRI, który pozwala dostrzec wzmożoną aktywność poszczególnych części mózgu, kiedy o czymś myślimy, coś robimy, coś odczuwamy. Zastosowanie tej techniki zaowocowało sporym przełomem, ale wciąż możemy zobaczyć tylko obraz przybliżony.

Druga metoda to badanie wewnętrznej struktury mózgu w laboratorium. Takie eksperymenty wykonuje się na fragmentach tkanek hodowanych w sztucznych warunkach lub na preparatach pozyskiwanych w trakcie sekcji zwłok. To jednak nie daje wyjaśnienia, jak funkcjonuje całość. Podobnie badania na mózgach zwierząt nie dają wiedzy o tym, jak myślą ludzie. Skoro więc nie ma żywego ani martwego mózgu, który można by było przebadać kompletnie, to trzeba go odtworzyć wirtualnie.

Ani w probówce, ani na żywym organizmie, tylko w komputerowej symulacji. Tak zamierzają badać mózg naukowcy zrzeszeni w konsorcjum Human Brain Project. Chcą w ciągu najbliższych 10 lat stworzyć wirtualny mózg człowieka, który ma naśladować procesy chemiczne, fizyczne i biologiczne pojedynczych komórek i całych struktur żywego organu. W prace zaangażowało się około 80 instytucji z całego świata. Wśród nich są placówki naukowe i firmy głównie z Unii Europejskiej, ale też z USA, Izraela, Turcji, Chin czy Kanady. Całością zawiaduje politechnika w szwajcarskiej Lozannie (École Polytechnique Fédérale de Lausanne). Liderem projektu jest Henry Markram, który pracuje na tejże politechnice w Brain Mind Institute.

Human Brain Project został wybrany jako jeden z dwóch okrętów flagowych Unii Europejskiej. Z tego powodu dostanie (podobnie jak drugi – badania nad grafenem) ponad miliard euro z budżetu wspólnoty. Oficjalnie projekt ruszył w październiku tego roku i potrwa 10 lat. Cele są trzy: po pierwsze, lepsze poznanie mózgu i tego, jak myślimy. Komputer ma nam pokazać chemiczne, fizyczne i biologiczne procesy, które sprawiają, że zapamiętujemy, odczuwamy emocje i mamy tego świadomość oraz posługujemy się językiem, aby o tym opowiedzieć. Naukowcy liczą, że dzięki symulacji dostrzegą zależności, których nie widać w badaniach nad oryginałem. Po drugie, model komputerowy ma dać badaczom szansę na znalezienie doskonalszych sposobów diagnozowania chorób psychicznych i neurodegeneracyjnych oraz możliwość testowania nowych terapii. Po trzecie, znając już budowę mózgu, będzie można pokusić się o stworzenie komputerów i programów, które będą naśladowały naturę i dzięki temu będą wydajniejsze niż dziś.

Według prof. Marka Niezgódki, kierującego Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego, symulacje to jedno z podstawowych narzędzi badań w naukach przyrodniczych. Narzędzie potężne, bo pozwala odtworzyć i oglądać z różnych punktów widzenia procesy, o których przebiegu nie wszystko wiemy. – To, co się wbudowuje w modele, to są proste mechanizmy, proste oddziaływania, współzależności części składowych układu. Następnie układ wprowadza się w stan dynamiczny poprzez naruszenie jego równowagi. W kolejnych krokach zaczynają się pojawiać pewne prawidłowości, które do modelu nie zostały wprowadzone – tłumaczy profesor. Jak dodaje, wiedza o początkowych elementach symulowanego procesu nigdy nie jest pełna. Przyjmuje się pewne założenia, które i tak trzeba weryfikować, porównując wyniki z rzeczywistymi eksperymentami biologicznymi.

Human Brain Project ma mieć sześć platform badawczych. Trzy z nich będą zapleczem informacyjnym i informatycznym dla naukowców z całego świata, w tym dwie – ogromnymi bazami danych. Jedna gromadzić będzie wyniki dotychczasowych badań nad funkcjonowaniem mózgu – od genów regulujących działanie pojedynczych neuronów po ogólne wnioski na temat funkcji mózgu. W drugiej mają się znaleźć wyniki badań nad chorobami i patologiami. Obie mają zostać wyposażone w nowe potężne narzędzia do wyszukiwania i przetwarzania danych, pozwalające porównywać informacje z różnych źródeł.

Trzecią z platform tej grupy będzie superkomputer – z jego mocy obliczeniowych będą korzystać naukowcy bezpośrednio zaangażowani w projekt oraz zespoły, które uzyskają dostęp w ramach zgłoszonych przez siebie pomysłów na niezależne badania. Superkomputer ma też stanowić narzędzie umożliwiające stworzenie nowych interfejsów, które pozwolą sterować symulacjami i wizualizować ich przebieg.

Trzy pozostałe platformy są całkowitą nowością. Pierwsza z nich będzie stanowiła właściwą symulację mózgu. W jej ramach powstaną pierwsze uproszczone modele, które będą systematycznie rozwijane. Z czasem ma to doprowadzić do powstania kompletnego wirtualnego mózgu oraz programów umożliwiających tworzenie symulacji poszczególnych części lub funkcji mózgu i eksperymentowanie na nich in silico.

Wszystko zacznie się od symulacji mózgu myszy – zwierzęcia laboratoryjnego, którego organizm został wyjątkowo dobrze poznany. – Wykonamy szczegółową symulację mikroukładów w mózgu myszy – odpowiednik 30 tys. neuronów. Równolegle będziemy tworzyć mniej szczegółowe modele kluczowych regionów mózgu: móżdżka, kory mózgowej i hipokampa. Spodziewamy się, że wstępne modele będą gotowe do marca 2016 r. – wyjaśnia Richard Walker, rzecznik Human ­Brain Project. Druga platforma ma służyć do projektowania komputerów mózgopodobnych. Będzie zrzeszała badaczy pracujących nad technologią budowania komputerów i pisania programów inspirowanych budową i funkcjonowaniem mózgu. W trzeciej ulokowano neuro­robotykę. Będzie ona ogniwem pośredniczącym między symulowanym mózgiem a światem zewnętrznym. Niektóre eksperymenty mają polegać na podłączaniu wirtualnego mózgu do robota zdolnego do interakcji z otoczeniem. W ten sposób naukowcy będą mogli jednocześnie badać zachowanie robota i obserwować reakcje jego „mózgu” na to, co się dzieje z jego „ciałem”.

Tajemnica świadomości

Pytania o efekty projektu są zdecydowanie przedwczesne, ale wyobraźnia podsuwa różne obrazy. Historiami o tworzeniu sztucznych, myślących bytów fantastyka naukowa karmi się od swojego powstania. Bo jeśli uda się stworzyć wierną symulację ludzkiego mózgu, to czy można ją będzie wciąż nazywać symulacją? Skoro wirtualny mózg odtworzy wszystkie funkcje swojego biologicznego pierwowzoru, to czy się nim nie stanie? Czy zyska świadomość? Czy będzie postrzegać siebie jako niezależną istotę? Sami uczestnicy badań nie znają odpowiedzi.

– Świadomość jest niesłychanie trudno badać, nawet u ludzi. Jednak wiemy, że objawia się ona na poziomie neuronalnym. Eksperymenty wykazały, że odpowiedź komórek mózgu na bodziec zmienia się w zależności od tego, czy jesteśmy świadomi użycia tego bodźca czy nie – mówi Walker. Nasze modele będą mogły odtworzyć to zjawisko. Będą też w stanie przejawiać reakcje, które utożsamiamy z emocjami. Ale czy to oznacza, że będą świadome?

Czy sami naukowcy będą skłonni postrzegać swoje dzieło jako istotę obdarzoną świadomością? Według rzecznika projektu to całkiem możliwe, bo ludzie mają tendencję do odczuwania empatii wobec tego, co żywe lub ma cechy istot żywych: innych ludzi, zwierząt, nawet robotów lub elektronicznych zabawek, jak tamagochi. Jak mówi: – We wczesnej fazie naszych prac, kiedy będziemy symulowali elektryczną aktywność małych fragmentów mózgu myszy, nie będziemy odczuwali specjalnej empatii. Później, kiedy zaczniemy modelować całe mózgi i podłączać je do robotów, prawdopodobnie to się zmieni. Tak naprawdę pytanie jednak nie powinno brzmieć: czy odczuwamy empatię, ale: czy powinniśmy ją odczuwać? Czy nasze symulacje będą czuły cokolwiek, co wymagałoby współczucia? Tego jeszcze nie wiemy.

Miliard euro na 10 lat

Stworzenie sztucznego mózgu będzie wymagało ogromnego wysiłku tysięcy prawdziwych umysłów. Stąd zaangażowanie tak wielu naukowców, którzy w dodatku zapraszają kolejnych. Jak piszą w swojej strategii koordynatorzy projektu, do platform zostaną dopuszczeni wszyscy badacze, którzy będą mieli nowatorskie pomysły. Wtedy też mogą liczyć na wsparcie finansowe. Strategia głosi, że na granty dla zewnętrznych badaczy pójdzie znacząca i stopniowo rosnąca część budżetu projektu. – Naszym celem jest uruchomienie platform w wersji beta, czyli gotowych do testowania wewnętrznego do marca 2015 r. Potem zamierzamy je testować i udoskonalać, by w marcu 2016 r. udostępnić je międzynarodowej społeczności naukowej – wyjaśnia Walker. Przez dwa i pół roku Human Brain Project będzie więc w fazie rozruchu – platformy badawcze stopniowo będą zasilane danymi. Potem rozpocznie się zasadnicza część badań.

Czy komputery będą w stanie obsługiwać model z całą jego złożonością? Symulacja ma odzwierciedlać rzeczywiste procesy zachodzące w mózgu, więc musi mieć równie skomplikowaną strukturę. – Dzisiejsza technologia nie wystarczy do stworzenia kompletnej symulacji ludzkiego mózgu – przyznaje rzecznik Human Brain Project. Ale jak twierdzi zamierzenia producentów komputerów dotyczące następnej dekady pozwalają wierzyć, że niezbędny postęp nastąpi w trakcie trwania projektu.

Prawdziwego przełomu potrzebujemy nie tyle w technologii, ile w matematyce – uważa prof. Niezgódka. Jak wyjaśnia, cała dzisiejsza informatyka opiera się na koncepcji algorytmów, które sprawdzają się idealnie w programowaniu procesów liniowych. Jeśli jednak zbyt wiele dzieje się jednocześnie, operacje zaczynają przeszkadzać sobie wzajemnie. Nowe podejście do rozwiązywania złożonych problemów obliczeniowych zrewolucjonizowałoby działanie komputerów. – Ale do tego potrzebny będzie kolejny geniusz na miarę Newtona czy Einsteina, ktoś, kto zdoła przestawić nasze myślenie na zupełnie inne tory. W wielu zespołach trwają intensywne prace nad nowymi koncepcjami matematycznymi, które mogłyby zastąpić obecne algorytmy – dodaje.

Human Brain Project rozpisano na 10 lat, ale strategia zakłada, że ostatnie trzy lata zostaną wykorzystane między innymi na spieniężenie dotychczasowych osiągnięć i uzyskanie finansowej niezależności, tak by projekt mógł być kontynuowany o własnych siłach. Bo moc obliczeniowa komputerów nie jest jedynym czynnikiem ograniczającym.

Miliard euro na 10 lat to sporo, ale jak wyjaśnia Walker nie wystarczy, by w pełni poznać mózg, powstrzymać choroby z nim związane czy zbudować komputery na jego obraz i podobieństwo. – Chcemy zapoczątkować współpracę między naukowcami i inżynierami z całego świata i wyposażyć ich w całkowicie nowe narzędzia badawcze. Na to powinno wystarczyć. Spodziewamy się, że odkrycia, dokonane w czasie trwania projektu, będą miały znaczący wpływ na naukę i na społeczeństwo. W każdym razie po tych 10 latach nie nastąpi koniec – to będzie dopiero początek – zapewnia Walker.

Autorka jest dziennikarką PAP.

Polityka 2.2014 (2940) z dnia 07.01.2014; Nauka; s. 61
Oryginalny tytuł tekstu: "Mózg w maszynie"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

null
Ja My Oni

Jak dotować dorosłe dzieci? Pięć przykazań

Pięć przykazań dla rodziców, którzy chcą i mogą wesprzeć dorosłe dzieci (i dla dzieci, które wsparcie przyjmują).

Anna Dąbrowska
03.02.2015
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną