Будущее разума - Митио Каку

Первая мишень — мозг мыши. По размеру он в тысячу раз меньше человеческого и содержит около 100 млн нейронов. Процесс мышления в мозге мыши анализирует самый мощный на сегодня компьютер Blue Gene[18] фирмы IBM, расположенный в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии, где помимо него находятся и несколько других крупнейших компьютеров мира; они используются для расчета водородных боеголовок для Пентагона. Этот колоссальный набор транзисторов, микросхем и проводов содержит 147 456 процессоров и 150 000 Гб памяти. (В обычном домашнем компьютере один процессор и несколько гигабайт памяти.).

Работа продвигается медленно. Вместо того чтобы моделировать весь мозг целиком, ученые пытаются воспроизвести только связи между корой и таламусом, где сосредоточена значительная часть активности мозга. (Это означает, что чувственные связи с внешним миром пока остаются вне рассмотрения.)

В 2006 г. доктор Дхармендра Модха из IBM частично смоделировал мозг мыши на 512 процессорах. В 2007 г. его группа смоделировала мозг крысы на 2048 процессорах. В 2009 г. мозг кошки, содержащий 1,6 млрд нейронов и 9 трлн связей, был смоделирован на 24 576 процессорах.

Сегодня, воспользовавшись мощностью компьютера Blue Gene, исследователи из IBM смоделировали 4,5% нейронов и синапсов человеческого мозга. Чтобы начать хотя бы частичное моделирование человеческого мозга, потребуется 880 000 процессоров; компьютер такой мощности может появиться около 2020 г.

Мне довелось снимать Blue Gene для телевидения. Чтобы попасть в лабораторию, мне пришлось преодолеть множество постов охраны, что неудивительно, ведь это лучшая оружейная лаборатория страны; но когда все проверки пройдены, вы попадаете в огромный зал с кондиционированным воздухом, где и располагается Blue Gene.

Компьютер поистине великолепен. Он состоит из множества стоек высотой около 2,4 м и длиной около 4,5 м с большими черными ящиками, полными переключателей и мигающих лампочек. Бродя между стойками, я думал о том, какие операции в данный момент выполняет компьютер. Скорее всего, он тогда строил модель внутреннего устройства протона, рассчитывал распад плутониевых триггеров, моделировал столкновение двух черных дыр и думал о мыши — и все это одновременно.

Затем мне сказали, что даже этот суперкомпьютер уступает место новому поколению под названием Blue Gene/Q Sequoia, который поднимет вычисления на новую высоту. В июне 2012 г. он поставил мировой рекорд по скорости вычислений. В пиковом режиме он может работать со скоростью 20,1 петафлопс (т.е. производить 20 100 трлн операций в секунду). Он занимает площадь около 300 кв. м и пожирает 7,9 МВт электроэнергии — достаточно для освещения небольшого города.

Но позволяет ли такая вычислительная мощь, сосредоточенная в одном компьютере, конкурировать с человеческим мозгом?

Увы, нет.

Пока компьютерное моделирование пытается воспроизвести всего лишь взаимодействие между корой и таламусом. Огромная часть мозга при этом просто не рассматривается. Доктор Модха сознает необъятность проекта. Проведенные исследования позволили ему оценить ресурсы, необходимые для создания рабочей модели целого мозга, а не его части или упрощенного варианта, с учетом всех отделов коры и связей с органами чувств. Он говорит об использовании не одного компьютера Blue Gene, а о тысяче таких компьютеров, которые займут не комнату, а целый городской квартал. Потребление энергии при этом было бы так велико, что для ее производства потребовалась бы атомная станция на 1000 МВт. А затем пришлось бы повернуть реку и пропустить ее сквозь схемы компьютера, чтобы отвести лишнее тепло и не дать им расплавиться.

Невероятно, но компьютер размером с город требуется для моделирования куска человеческой плоти весом около полутора килограммов, который умещается в вашем черепе, поднимает температуру вашего тела всего на несколько градусов, потребляет 20 Вт энергии и нуждается для поддержания работоспособности лишь в нескольких гамбургерах в день.

Как построить мозг

Но самый, может быть, амбициозный ученый, участвующий в этом проекте, — это доктор Генри Маркрам из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария). Он — главная движущая сила проекта Human Brain Project, получившего более миллиарда долларов финансирования от Еврокомиссии. Последние 17 лет он пытается расшифровать нервные связи мозга. Он тоже использует Blue Gene для обратной разработки мозга. В настоящее время Human Brain Project представил в Еврокомиссию счета на $140 млн, и это лишь небольшая доля компьютерных мощностей, которые потребуются ему в ближайшие десять лет.

Доктор Маркрам считает, что то, чем он занимается, — уже не научный проект, а инженерное предприятие, требующее больших вложений. Он говорит: «Чтобы сделать все это — суперкомпьютеры, программы, исследования, — нам требуется около миллиарда долларов. Это недорого, если учесть, что заболевания мозга очень скоро будут обходиться мировой экономике больше чем 20% валового продукта». Для него миллиард долларов — пустяк по сравнению со счетами за лечение синдрома Альцгеймера, болезни Паркинсона и других подобных заболеваний, которые будут исчисляться сотнями миллиардов, когда постареют дети беби-бума.

Так что для доктора Маркрама решение по масштабу соответствует проблеме. Вложите в проект достаточно денег, и вам представят модель человеческого мозга. Теперь, когда он получил желанный миллиард долларов от Еврокомиссии, его мечта может воплотиться в реальность.

У него, кстати, есть готовый ответ на вопрос о том, что получит рядовой налогоплательщик с этих миллиардных инвестиций. Существует три причины, говорит он, пускаться в этот одинокий, но дорогостоящий квест. Первое: «Если мы хотим развивать общество, нам необходимо понять человеческий мозг, и я считаю, что это ключевой этап эволюции. Вторая причина заключается в том, что мы не можем до бесконечности экспериментировать на животных… Это как Ноев ковчег. Или архив. И третья причина в том, что два миллиарда людей на этой планете страдают психическими расстройствами…»

Доктор Маркрам считает позором, что мы так мало знаем о болезнях психики, приносящих огромные страдания миллионам людей. Он говорит: «На сегодняшний день не существует ни одного неврологического заболевания, о котором было бы известно, что́ именно в этой схеме работает не так — какой путь, синапс, нейрон или рецептор. Это потрясает».

На первый взгляд может показаться, что завершить проект невозможно — ведь нейронов так много, а связей еще больше. Может, это мартышкин труд. Но ученые уверены, что у них на руках все козыри.

Человеческий геном включает в себя примерно 23 000 генов; тем не менее он умудряется как-то управлять формированием мозга, состоящего из 10 млрд нейронов. Кажется, математически невозможно создать мозг человека на основе его же генов, но именно это происходит всякий раз при зачатии ребенка. Как можно запихнуть так много информации в столь малый объем?

Ответ, считает доктор Маркрам, состоит в том, что природа знает короткие пути. Ключевой момент такого подхода в том, что определенные нейронные модули многократно повторяются — достаточно матери-природе однажды найти хороший образец. Если посмотреть на микроскопические срезы мозговой ткани, то поначалу не увидишь ничего, кроме беспорядочного скопища нейронов. Но при более внимательном рассмотрении можно различить многократно повторяющиеся модульные структуры.

(Кстати, модульная структура — одна из причин того, что небоскребы в наше время строятся очень быстро. Достаточно сконструировать один модуль, и дальше можно сколько угодно тиражировать его на конвейере. Затем можно быстро поставить модули один на другой, скрепить — и получится небоскреб. После оформления всех необходимых документов модульный жилой дом можно собрать за несколько месяцев.)

Ключом к проекту Blue Brain доктора Маркрама служит так называемая «колонна неокортекса» — модуль, многократно повторяемый в ткани мозга. У человека каждая такая колонна имеет около двух миллиметров в высоту, полмиллиметра в диаметре и содержит 60 000 нейронов. (Для сравнения: аналогичный модуль крысы содержит всего 10 000 нейронов.) Доктору Маркраму потребовалось десять лет (с 1995 по 2005 г.), чтобы составить карту нейронов в такой колонне и разобраться, как она работает. Когда расшифровка была закончена, он пришел в IBM, чтобы виртуально «размножить» полученную структуру.

Маркрам — вечный оптимист. В 2009 г. на конференции TED он заявил, что может завершить проект за десять лет. (Скорее всего, он говорил об «урезанном» варианте человеческого мозга без всякой связи с другими отделами и органами чувств.) Но сказано было так: «Если мы построим все правильно, то он [мозг] сможет разговаривать, будет обладать интеллектом и вести себя очень похоже на то, как ведет себя человек».