Будущее разума - Митио Каку

Доктор Маркрам умело отстаивает свою позицию. У него есть ответ на любой вопрос. Когда критики говорят, что он вступает на запрещенную территорию, он отвечает: «Как ученые мы не должны бояться истины. Мы должны понять свой мозг. Людям естественно думать, что мозг священен и что не надо в него лезть, ведь именно там, может быть, хранятся тайны души. Но я считаю, честно говоря, что, если бы планета понимала, как функционирует мозг, мы могли бы разрешить все конфликты. Потому что люди поняли бы, как примитивны, как жестко обусловлены и как управляемы конфликты, реакции и недоразумения».

Сталкиваясь с последней стадией критики — обвинением в том, что он «берет на себя роль Бога», он отвечает: «Я думаю, мы далеки от того, чтобы брать на себя роль Бога. Бог создал всю Вселенную. Мы всего лишь пытаемся построить небольшую модель».

Это правда мозг?

Ученые утверждают, что компьютерные модели мозга начнут догонять реальный человеческий мозг по своим возможностям примерно в 2020 г., но главный вопрос заключается в том, насколько реалистично такое моделирование. Сможет ли модель кошки, к примеру, поймать мышь? Будет ли она играть с клубком?

Ответ на этот вопрос — нет. Не сможет и не будет. Цель этих компьютерных моделей — добиться соответствия мозгу кошки просто по мощности нейронной сети; воспроизвести характер взаимодействия между отдельными частями мозга они даже не пытаются. Модель IBM воспроизводит только таламо-кортикальную систему (т.е. каналы связи, соединяющие таламус с корой). Эта система не имеет физических границ, поэтому все сложные взаимодействия между мозгом и его окружением остаются за скобками. В таком мозге нет теменной доли, поэтому нет сенсорных и моторных связей с внешним миром. Но даже в рамках таламо-кортикальной системы базовые связи не представляют мыслительные процессы кошки. В таком мозгу нет ни обратных связей, ни воспоминаний о выслеживании добычи или поиске партнера. Компьютеризированный мозг кошки — чистый лист бумаги, лишенный всяких воспоминаний и инстинктов. Иными словами, он не в состоянии поймать мышь.

Так что даже если к 2020 г. модель человеческого мозга действительно появится, вы не сможете с ней поговорить. Без теменной доли это будет тот же чистый лист без ощущений, лишенный всяких знаний о себе, о людях и об окружающем мире. Без височной доли он не сможет говорить. Без лимбической системы у него не появится никаких эмоций. В общем, он будет слабее, чем мозг новорожденного младенца.

Задача обеспечить связь мозга с миром ощущений, эмоций, языка и культуры еще не рассматривалась.

Анализ вдоль и поперек

Следующий подход, приглянувшийся администрации Обамы, состоит в непосредственном картировании нейронов мозга. Вместо того чтобы имитировать мозг на транзисторах, этот подход анализирует реальные нервные пути мозга. Он включает в себя несколько компонент.

Один из способов составить карту мозга заключается в том, чтобы физически распознать и зарегистрировать каждый нейрон и каждый синапс. (Нейроны, как правило, при этом гибнут.) Такой подход называется анатомическим. Другой путь — расшифровать пути, по которым электрические сигналы путешествуют между нейронами, когда мозг выполняет определенные функции. (Именно этот подход, при котором упор делается на регистрацию связей живого мозга, судя по всему, симпатичен администрации Обамы.)

Анатомический подход сводится к тому, чтобы разбирать мозг животного на клетки, нейрон за нейроном, и анализировать вдоль и поперек. Таким образом, в модель сразу включаются окружающее во всей его сложности, тело и даже воспоминания. Вместо того чтобы пытаться сымитировать человеческий мозг при помощи громадного числа транзисторов, эти ученые хотят напрямую зарегистрировать каждый его нейрон. После этого, в принципе, можно заменить каждый нейрон его моделью на транзисторах, и тогда мы получим точную копию мозга со всеми воспоминаниями, личностью и связями с органами чувств. Если скопировать таким образом чей-нибудь мозг, с такой моделью можно будет вести информативные беседы, привлекая к теме воспоминания и личность оригинала.

Для завершения этого проекта не нужно открывать новых физических законов. Доктор Джерри Рубин из Медицинского института Говарда Хьюза режет мозг дрозофилы на тонкие ломтики при помощи специального резака, напоминающего стоящие в супермаркетах машинки для нарезки сыра. Это непростая задача, потому что мозг мушки в поперечнике составляет всего 300 мкм — крохотная точка по сравнению с человеческим мозгом. Мозг дрозофилы содержит около 150 000 нейронов. Каждый ломтик толщиной пятьдесят миллиардных долей метра тщательнейшим образом фотографируется с помощью электронного микроскопа, а фотографии вводятся в компьютер. Затем программа пытается восстановить связи между нейронами поштучно. При нынешней скорости работы доктор Рубин закончит регистрацию всех нейронов мозга плодовой мушки лет через двадцать.

Столь невысокая скорость отчасти объясняется нынешними технологиями фотографирования, поскольку стандартный сканирующий микроскоп дает примерно 10 млн пикселов в секунду (это примерно треть разрешения стандартного телеэкрана). Хотелось бы иметь аппарат, способный давать 10 млрд пикселов в секунду, что было бы мировым рекордом.

Хранение информации, поступающей с микроскопа, также представляет серьезнейшую проблему. Когда проект заработает на полную мощность, Рубин планирует получать в день по миллиону гигабайт информации от одной плодовой мушки, так что винчестерами с информацией можно будет заполнить не один склад. К тому же, раз мозг каждой мушки немного отличается от остальных, чтобы получить точную единую модель, ему придется исследовать сотни дрозофил.

И если начать со сканирования мозга дрозофилы, сколько потребуется времени, чтобы добраться до человеческого мозга? «Лет через сто мне хотелось бы знать, как работает человеческое сознание. Десять-двадцать лет мне хватит, чтобы разобраться в мозге дрозофилы», — говорит он.

Работу можно ускорить при помощи некоторых технических приспособлений. Например, можно использовать автоматическое устройство, с помощью которого машина будет сама нарезать мозг и сканировать каждый слайд. Это позволило бы серьезно сократить время работы над проектом. Так, автоматизация сильно снизила стоимость проекта Human Genome Project (на него было выделено $3 млрд, но проект был завершен досрочно и за меньшие деньги — неслыханное дело в Вашингтоне). Еще одна возможность — использовать различные краски, позволяющие помечать цветом разные нейроны и связи, чтобы их было лучше видно. Или создать автоматический супермикроскоп, способный сканировать нейроны по одному со всеми подробностями.

Помня, что на полное картирование мозга уйдет до сотни лет, эти ученые чувствуют себя примерно как средневековые архитекторы, которые проектировали европейские соборы и знали, что завершать проект придется их внукам.

Помимо проекта составления анатомической карты мозга нейрон за нейроном имеется параллельный проект под названием Human Connectome Project, в котором связи между различными участками мозга восстанавливаются по сканам.

Human Connectome Project

В 2010 г. Национальный институт здоровья объявил, что выделяет $30 млн на пять лет консорциуму университетов (включающему Университет Вашингтона в Сент-Луисе и Университет Миннесоты) и $8,5 млн на три года консорциуму под руководством Гарвардского университета, Общеклинической больницы штата Массачусетс и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. С таким уровнем краткосрочного финансирования исследователи, конечно, не смогут полностью секвенировать мозг, их задача — дать проектам хороший старт.

Скорее всего, они вольются в проект BRAIN, что сильно ускорит работу. Цель — получить карту нейронных связей человеческого мозга, которая поможет разобраться в таких расстройствах, как аутизм и шизофрения. Один из руководителей проекта Connectome доктор Себастьян Сеунг говорит: «Исследователи сделали вывод о том, что сами по себе нейроны здоровы, но они, возможно, неверно закоммутированы». Если эти болезни действительно вызваны наличием в мозгу неправильных связей, то проект Human Connectome может дать нам бесценный ключ к их лечению.

Думая об окончательной цели построения полной схемы человеческого мозга, иногда доктор Сеунг отчаивается когда-нибудь завершить проект. Он говорит: «В XVII в. математик и философ Блез Паскаль писал о своем страхе перед бесконечностью, о чувстве собственной незначительности при мысли о безбрежных просторах космоса. Как ученый я не должен говорить о своих чувствах… Я чувствую любопытство и радостное изумление, но временами чувствую и отчаяние». Но он и многие другие ученые упорно работают, зная, что на завершение проекта уйдет труд нескольких поколений. У них есть основания надеяться, потому что наступит день, когда автоматизированные микроскопы будут неустанно фотографировать, а машины, обладающие искусственным интеллектом, будут двадцать четыре часа в сутки анализировать снимки. Но пока даже один снимок человеческого мозга, сделанный обычным электронным микроскопом, имел бы объем около 1 зеттабайта, что эквивалентно всей информации, собранной на сегодняшний день в Сети.