Генри Маркрам /

О чем расскажет модель головного мозга человека

Blue Brain — проект по созданию точной компьютерной модели головного мозга. Его руководитель Генри Маркрам утверждает, что они разберутся с этим за 10 лет

+T -
О чем расскажет модель головного мозга человека
От редакции
Поделиться:

В проекте BlueBrain 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.  

Теги: мозг
Комментировать Всего 14 комментариев
Пузыри реальности доктора Маркрама

Как бы это назвать... Шарлатан от науки слишком сильно.  Ну, скажем так, плохой учёный с хорошо подвешенным языком. Такого языка достаточно, чтобы убедить не слишком разборчивых инвесторов в реальности своего проекта. Но даже внимательно послушав что он там говорит и сравнив его цифры c теми, что называла Татьяна Черниговская в прошлой лекции становится ясно, что проект этот - настоящий мыльный пузырь.

.

Во-первых, никаких суперкомпьютеров ни сейчас ни через 100 лет не хватит чтобы промоделировать даже 1% мозга человека. Разговоры про 10000 нейронов, а тем более синапсов это просто смешно, в одном кубическом миллиметре мозга нейронов больше (смотри,  например, сюда).

.

Во-вторых, никаких глобально-упорядоченных структур (вроде гиперколонн упомянутых автором) в мозге пока не обнаружено. Гиперколонны найдены лишь в первичных сенсорных зонах (V1, A1, S1), то есть там где обрабатывается сигнал поступающий с соответствующих органов чувств. Эти зоны сенсотопические, то есть буквально представляют собой "карту" реальности. Скажем, первичная зрительная зона V1 это (сильно искажённая) карта сетчатки, которая в свою очередь кодирует двумерную проекцию внешнего мира созданную хрусталиком глаза. В таких зонах природе действительно имело смысл создавать гиперколонны в которых разные модальности изображения (цвет, ориентация контура, глубина, пространственная частота) анализируются все вместе для одного участка изображения. Но это происходит только в сенсотопических зонах, дальше - всё перепутывается и уже в V2 начинается дремучий лес про который мало что известно.

.

Автор весьма уместно упомянул о том, что нет ни одного похожего нейрона, не говоря уже о том как они между собой связаны (тысячами синапсов на нейрон). Поэтому, несмотря на то что уравнения их описывают одни и те же (имеется ввиду модель Ходкина-Хаксли за которую авторы получили Нобелевскую премию в 1963 году), многочисленные параметры в этих уравнениях уникальны для каждого нейрона. Как же тогда моделировать мозг (даже если бы существовал подходящий суперкомпьютер) не зная даже простейших вещей о могзе, таких как типы нейронов существующих в каждом отделе головного мозга. То, что автор говорил про "изучили и подсчитали" это сознательный обман доверчивой публики. Всё что они могли сделать это классифицировать нейроны по морфологическим признакам. Но при этом два внешне похожих нейрона могут выполнять совершенно различные функции - об этом автор благоразумно решил умолчать.

.

Даже в более-менее изученных первичных сенсорных зонах существующие компьютерные модели пока ничего не объяснили и не предсказали. В лучшем случае они просто воспроизводят известные экспериментальные результаты (а обычно один из десяти).

.

Учёные до сих пор не могут ответить хотя бы на следующие простейшие вопросы о мозге: "Важна ли корреляция между нервыми импульсами испускаемыми нейроном, или важна только их частота?", "Сообщаются ли нейроны через электрические поля возникающие в мозге при активации нейрона, или лишь посредством нервных импульсов передавемых от нейрона к нейрону через синапсы?". О каком глобальном моделировании тогда может идти речь? Даже взаимодействие двух нейронов не знают как описать.

фантастика!

Проект, поражающий воображение.

Именно на этом и строился рассчёт. Поразить воображение непосвящённых. Потратят миллионы евро на полнейшую ерунду. Через десять лет останутся лишь эти устаревшие "холодильники" от IBM в подвале в Лозанне.

Юрий, простите, но Вы говорите с таким недовольством, как будто эта группа отобрала лично у вас деньги на свой проект.

Даже если им удасться сделать только приблизительную модель, уверен, что в процессе они совершат не одно открытие в этой области. Нет ?

Збышек Стоцкий Комментарий удален

Збышек Стоцкий Комментарий удален

Нет, никаких окрытий они не совершат, к сожалению. Были такие проекты и до них, и кончились ничем. По крайней мере ни о каких открытиях там я не слышал. Это только так кажется, что накупил компьютеров и понеслось. Увы. А деньги отнимают, конечно. А как же? Не у меня так у других.

a disclaimer

Взято со сайта проекта:

.

What the Blue Brain Project is not

 

The Blue Brain Project is an attempt to reverse engineer the brain, to explore how it functions and to serve as a tool for neuroscientists and medical researchers. It is not an attempt to create a brain. It is not an artificial intelligence project.  Although we may one day achieve insights into the basic nature of intelligence and consciousness using this tool, the Blue Brain Project is focused on creating a physiological simulation for biomedical applications.

.

На том же сайте в некоторые детали внесена ясность. Во-первых, моделируется не весь мозг а только одна гиперколонна мозга крысы включающая 10000 нейронов. Другими словами, одна милионная какой-то абстрактной первичной сенсорной зоны. Учитывая, что они за основу берут мозг крысы, это наверняка тактильная зона S1, которая у крысы в основном занимается сигналами с усов. Во-вторых, проект ориентирован на тестирование базовых нейрохимических механизмов которые неплохо бы знать для создания эффективных лекарств. Всё что доктор Маркрам заливал аудитории про сознание, человеческий мозг, и т.д. и т.п. это не более чем болтовня. Проект ни на что такое не претендует.

Юрий,

Выше Вы пишете: "Разговоры про 10000 нейронов, а тем более синапсов это просто смешно, в одном кубическом миллиметре мозга нейронов больше." Теперь Вы, внимательнее почитав, пишете: "Во-первых, моделируется не весь мозг а только одна гиперколонна мозга крысы включающая 10000 нейронов. Другими словами, одна милионная какой-то абстрактной первичной сенсорной зоны. Учитывая, что они за основу берут мозг крысы, это наверняка тактильная зона S1, которая у крысы в основном занимается сигналами с усов"

Ясно же, что выделение минимальной функционирующей единицы - и понимание того, как она работает - есть ключевой путь к успеху. Ваш скепсис дошел до точки, где Вы отказываете авторам в минимальном здравом смысле - несправедливо. Мозг меряется не кубическими миллиметрами, а действующими механизмами. Это примерно как ругать классиков, за то что в начале ХХ века они изучали крошечные нейроны - а ведь мозг он вот какой большой. :)

Илья, я не против изучения отдельно взятой гиперколонны, хотя никакая она не единица, конечно. Сравнение с нейроном здесь неуместно. Это примерно как изучать какой-нибудь один белок а рассказывать, что изучается человек или даже вся биосфера Земли разом. Масштабы и необходимые экспериментальные знания несопоставимы. Меня именно поразила эта разница в масшатбах: между тем что он "заливал" на этой лекции и реальным содержанием проекта. Это надувательство доверчивой публики и спонсора, в данном случае IBM. Для учёного это как-то неприлично. С коллегами он бы себе такие вольности не позволил.

Изучая белОк - разве мы не изучаем человека?

Ну да, в определённом смысле и изучая бЕлок мы тоже изучаем человека. По-моему, автору полагается называть вещи своими именами и не разглагольствовать про явления которые у всех на слуху, но к которым проект не имеет никакого отношения. Если бы он эти свои труляля поместил в научную статью то ее бы не приняли к публикации.

А если бы автор взял свои (кстати, первоклассные) научные статьи и зачитал бы их вслух публике- она бы заснула, нет?

Если первоклассные, то - нет. Посмотрите вот это, например.

посмотрел "вот это" - с юмором и оч интересное выступление )

гаечки,гаечки...и винтики...это, очевидно и есть человек...