Генри Маркрам: О чем расскажет модель головного мозга человека

В проекте Blue Brain мы строим детальную компьютерную модель человеческого мозга. Зачем мы это делаем? Во-первых, уровень развития общества таков, что человеку просто необходимо разобраться, наконец, в устройстве собственного мозга. Во-вторых, в будущем человеку придется отказаться от экспериментов на животных, и тогда понадобится компьютерная модель, в которую будут вложены все накопленные данные и знания. В-третьих, лекарства, которыми сегодня лечат психические заболевания, умеют только гасить симптоматику. Наша модель позволит разрабатывать способы борьбы с такими заболеваниями, основываясь на знаниях о том, как устроен мозг.

Это все будет возможно в будущем. Но уже сейчас мы можем воспользоваться этой моделью, чтобы исследовать некоторые проблемы устройства человеческого мозга.

Сегодня я расскажу, как мы работаем с одной из многочисленных теорий устройства мозга. С точки зрения этой теории мозг создает некую модель Вселенной, а затем проецирует ее на реальность вокруг нас — словно обволакивает «мыльным пузырем». Эта идея столетиями обсуждалась философами, а теперь мы получили возможность проверить ее эмпирически, имитируя работу мозга и задавая нашей модели вопросы.

Для того чтобы воспринимать окружающий мир, мы должны постоянно принимать множество решений. Они позволяют нам видеть, думать и чувствовать. Даже открывая дверь в комнату, мы принимаем тысячи решений: оцениваем, каких размеров эта комната, какой высоты там потолки, что в ней находится. 99 процентов того, что мы видим, поступает в наш мозг не через глаза. Большинство анестетиков посылает по каналам мозга шум, в результате которого нейроны перестают понимать друг друга, и мозг теряет способность принимать решения.

Я могу с известной долей уверенности сказать: «Я мыслю, следовательно, я существую». Но сказать: «Вы мыслите, следовательно, вы существуете» я не могу, потому что вы — один из многих объектов внутри моего пузыря восприятия.

На создание мозга Вселенной понадобилось 11 миллиардов лет. Огромным шагом вперед стало создание новой коры (или неокортекса), самой новой части мозга. Она нужна млекопитающим, чтобы воспитывать потомство, общаться в социуме, осуществлять сложные когнитивные операции.

Поверхность новой коры состоит из миллионов маленьких модулей. Эти модули оказались эволюционно успешными и начали удваиваться. Когда их стало так много, что они больше не умещались в черепной коробке, мозг стал упаковывать их в колонны. Эти колонны (извилины) называются кортикальными модулями или гиперколоннами. Они обеспечивают сложные функции мозга. Новую кору можно представить как гигантский рояль, в котором каждая гиперколонна — отдельная клавиша. Если стимулировать кору, получится симфония — симфония Вселенной, звук вашей реальности.

Чтобы научиться играть на таком рояле, нужно много лет — для этого мы отправляем детей в хорошие школы и университеты. Кроме образования тут важна генетика. Так, гений от рождения понимает, как играть на этом рояле великолепные симфонии. Одна из теорий, объясняющих аутизм, называется «теорией насыщенного мира»: она гласит, что у людей, страдающих аутизмом, очень пластичные гиперколонны, которые особенно сильно реагируют на стимулы. То есть, возвращаясь к моей метафоре, люди с аутизмом играют на своем рояле симфонии, которые для нас немыслимы.

Получается, что главная цель науки об устройстве мозга — понять, как устроена кортикальная колонна. После этого мы сможем понять, что такое восприятие, и тогда, возможно, станет ясно, что представляет собой физический мир как таковой.

Сначала мы скрупулезно описали структуру новой коры, изучили правила коммуникации между нейронами и построили трехмерные компьютерные модели всех известных нам типов нейронов. После этого мы начали свертывать кортикальные колонны и увидели, что веточки пересекаются в миллионах мест, в каждом из которых может возникать синапс — область, в которой происходит химическая коммуникация нейронов. Все эти синапсы вместе представляют собой принципиальную электрическую сеть мозга.

Основой принцип устройства мозга — разнообразие: в моем мозгу нет ни одного нейрона, похожего на другой нейрон из вашего или из моего мозга. Ваши нейроны идут в другом порядке, они иначе ориентированы, их может быть больше или меньше. Значит, в голове у каждого человека они создают сеть, непохожую на сети в головах других людей. Но как тогда нам удается воспринимать какую-то более или менее единую реальность, позволяющую нам общаться друг с другом и понимать друг друга?

В нашей модели десять миллионов синапсов. Меняя нейроны местами, по-разному их ориентируя и варьируя их количество, мы увидели, что меняется принципиальная электрическая схема, но «узор», который она создает, остается тем же. Мы полагаем, что эта схема специфична для каждого конкретного вида живых существ, и поэтому мы неспособны к межвидовой коммуникации.

Существуют уравнения, описывающие нейроны как генераторы электричества, уравнения, описывающие, как нейроны собирают информацию и как порождают внутри себя электрические разряды. Эти электрические разряды, как молнии, ударяют в синапс, и там выделяются химические вещества. С помощью этих уравнений и гигантского компьютера мы можем включить смоделированную нами схему и посмотреть, что получится. На экране мы видим, как выглядит работа мозга в процессе стимуляции.

Пока что нам неизвестно, как из этого мельтешения возникает реальность. Но мы уже можем задать нашей модели некоторые вопросы, например, попробовать найти в новой коре отображение розы. Для этого мы стимулируем нашу модель фотографией. Это провоцирует электрическую активность. Теперь нам нужно забыть про нейроны и синапсы и посмотреть на электрическую активность, спровоцированную фотографией внутри кортикальной колонны: эти электрические объекты и есть отзвуки или призраки розы, именно в них хранится информация о реальности.

Наш следующий шаг — взять эти «мозговые» координаты и спроецировать их в наш пузырь восприятия. Сделав это, мы окажемся внутри той реальности, которую создает наша модель. Так что, возможно, создав человеческий мозг, Вселенная сделала первый шаг к тому, чтобы поглядеть на саму себя.