Мозг внутри компьютера: проекты нейроморфного моделирования — Naked Science
16 минут
Редакция
1

Мозг внутри компьютера: проекты нейроморфного моделирования

3.9

Несмотря на оптимистичные прогнозы писателей-фантастов, создание искусственного интеллекта до сих пор кажется трудновыполнимой задачей. И все же подобные проекты есть. Naked Science выбрал наиболее перспективные из них.

человеческий мозг
©Wikipedia

86 млрд нейронов и в 10 тыс. раз больше связей между ними, а в целом – число возможных состояний всей этой системы, которое превышает количество атомов в известной Вселенной. И все это – человеческий мозг, поистине, самый сложный физический объект, известный человечеству.

Понимание законов, которые лежат в основе его функционирования, до сих пор является одной из сверхзадач науки. В своем «мозговом штурме» ученые – нейрофизиологи, нейробиологи и представители других нейронаук – лишь приоткрыли завесу тайн, которые окружают память, мышление и другие производные человеческого сознания, этой главной и пока неприступной загадки.

Впрочем, в последние десятилетия появилось направление изучения мозга, которое поможет если не окончательно решить эту фундаментальную задачу, то, по крайней мере, совершить серьезный прорыв сразу и в нейрофизиологии, и в медицине, и в развитии искусственного интеллекта. Речь идет о проектах по моделированию деятельности мозга в реальном времени с помощью суперкомпьютера. Создание его по возможности полной, автономной и активной виртуальной копии, имитирующей как можно большее число процессов, происходящих у нас в головах.

Ведущие страны уже вложили в решение этой амбициозной задачи миллиарды долларов.

Рукопожатие с роботом / ©Carsten Koall/AFP/Getty Images

Европа: Human Brain Project

Одним из самых известных и громких проектов по моделированию человеческого мозга является Human Brain Project, который ведет команда из швейцарской Федеральной политехнической школы в Лозанне под руководством профессора Генри Маркрама (Henry Markram).

В 2013 году HBP получил грант Еврокомиссии на 1 млрд евро. Цель проекта – синтезировать все знание, полученное людьми о мозге, в единую полноценную модель внутри суперкомпьютера. Таким образом, Маркрам планирует достичь более глубокого понимания основ его функционирования, в результате чего медицина получит новые возможности в изучении и лечении психических заболеваний вроде шизофрении. Планируется, что результаты HBP найдут применение и в развитии искусственного интеллекта.

Среди данных, которые будут привлекаться для эксперимента, Маркрам, помимо прочих, собирается использовать и полученные лично. С 2005 по 2007 гг. ученый руководил успешным проектом Blue Brain Project, в ходе которого на суперкомпьютере Blue Gene была смоделирована активность одной нейронной колонки (элемента неокортекса – новой коры головного мозга) крысы. Сейчас Маркраму удается моделировать уже сотню подобных колонок, т.е. активность около миллиона нейронов.

Завершение эксперимента планируется к 2023 году, а всего в проекте участвует более 100 научных групп со всего мира.

©HBP

США: BRAIN Initiative

Часто этот проект называют Brain Activity Map Project, что означает «Карта активности мозга». Название говорящее: предполагается, что за 10 лет американским ученым удастся зафиксировать и картографировать активность каждого нейрона в человеческом мозге.

BAMP был одобрен администрацией президента Обамы в 2013 году. На его осуществление из федерального бюджета планируется выделить 3 млрд долларов. Заявлено, что этот масштабный проект по своему значению не уступает оконченному в начале 2000-х годов «Геному человека», по результатам которого была составлена полная карта человеческих генов. Экономический успех «Генома» (каждый доллар, потраченный на него, вернул экономике США 140 долларов) и вдохновил американское руководство на спонсирование еще одной «карты», на этот раз – нейронной активности мозга.

Среди методов, которые предлагают ученые для достижения поставленной цели, называют применение нанотехнологий: микроскопические роботы должны будут пробраться в мозг живого человека и передавать информацию об активности нейронов и синапсов с помощью беспроводной связи. Потребуются, конечно, нанороботы, которые не доставят неудобств испытуемым, и тем более не причинят им вреда.

Начать предполагается не с человека, а с мушек дрозофил, и в случае успеха составления «функционального коннектома» (виртуальной карты нейронных взаимодействий в реальном времени) насекомых и некоторых животных предполагается переходить уже на картирование мозга человека.

Human Connectome Project

Помимо двух мегапроектов с огромными бюджетами, есть менее крупные программы по моделированию активности человеческого мозга, стоящие упоминания.

Human Connectome Project, или «Коннектом человека», был запущен в 2009 году Национальным институтом здоровья США. Как и в случае с BAMP, это прямой логический потомок «Генома человека». Его цель – наиболее полное картирование связей между нейронами нашего мозга.

В частности, ученые исследуют дальние связи – «магистрали» из волокон белого вещества. В качестве индикатора активности используется естественное движение воды в мозге, а фиксирует его магнитно-резонансный томограф. Данный метод называется диффузионной тензорной визуализацией.

Первые результаты визуализации были опубликованы летом 2013 года и оказались очень красочными, так как электрической активности нейронов ученые присвоили яркие цвета. Получилась впечатляющая картина из неповторимого сочетания разноцветных штрихов, похожая на парик клоуна, которого облили из десятка ведер с разной краской.

По мнению ученых, их исследование поможет понять физиологическую основу (если она есть) множества психических заболеваний вроде болезни Альцгеймера, шизофрении и аутизма.

©Human Connectome Project

SYNAPSE

На фоне всех названных проектов выделяется финансируемый DARPA и IBM американский эксперимент SYNAPSE, расшифровывающийся как «Система нейроморфной адаптивной пластичной масштабируемой электроники». Своей целью руководитель проекта Дхармендра Модха (Dharmendra Modha) ставит создание не виртуальной, а вполне реальной копии мозга, воплощенной в виде микросхемы с искусственными нейронами, зафиксированными на кремниевой основе.

Разработки нацелены именно на совершенствование вычислительных мощностей. На основе работ Модхи предполагается создать новую архитектуру для компьютеров, которая по своему функционированию будет сильно приближена к биологическому аналогу – человеческому мозгу, что позволит не только удешевить производство суперкомпьютеров, но и сделать их мощнее (например, подобные компьютеры куда лучше классических смогут распознавать лица и образы). Для этого направления существует отдельный термин – «neuromorphic computing», или нейроморфная обработка данных.

В 2011 году Модха представил самый совершенный нейроморфный чип на данный момент: микросхему с 256 «нейронами» и более чем 260 тыс. «синапсов». В перспективе IBM планирует создать систему, приближенную к мозгу человека – с квадриллионом «синапсов» в виде множества нейроморфных чипов, соединенных между собой.

©depositphotos.ru

Мечтают ли андроиды о нейроморфных овцах?

Сейчас ученые сходятся в том, что исчерпывающее моделирование мозга невозможно в силу ограниченных возможностей современных компьютеров. В критике HBP и BAMP многие высказывают мнение, что недостаточно просто построить копию из отдельных элементов мозга – сначала нужно понять, как все эти миллиарды нейронов и синапсов функционируют целиком, как единая система. Т.е без абсолютных знаний о мозге невозможно построить и его совершенную модель, и результаты мегапроектов окажутся сильно ограниченными.

Однако эксперименты набирают обороты, моделируется все большее количество нейронных связей, искусственные нейронные сети уже успешно используются программистами, а вычислительные мощности компьютеров растут. Нельзя исключать, что рано или поздно компьютеры – например, квантовые – смогут вместить в себя все невообразимое многообразие человеческого мозга в виде виртуальной модели.

И вот тут, помимо впечатляющих перспектив для развития мировой науки, появляются вопросы этического, философского и даже околорелигиозного характера.

Когда будет впервые получена полная виртуальная копия человеческого мозга, функционирующая в реальном времени, будет ли она обладать сознанием? Будет ли это сознание идентично человеческому, и если так, то можно ли считать компьютерную модель личностью, а ее удаление – убийством?

Будет ли кто-то из HBP, BAMP или их нейроморфных потомков тем долгожданным искусственным интеллектом, о котором писали фантасты, или еще одним бездушным алгоритмом в недрах компьютера?

Если будет, то как долго продлится цифровое детство наших кремниевых братьев по разуму, прежде чем они попросятся наружу – к нам, по чьему образу и подобию были созданы? 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

7 мая
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

10.10.2016
-
0
+
Смешная и пустая статья. Ни о чем.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: