Когда мы сможем загрузить мозг в компьютер

Криста и Татьяна Хоган — уникальная пара сиамских близнецов. Они — живое доказательство того, что нейроинтерфейсы возможны. Сестры из Ванкувера сролись головами в утробе матери. В отличие от большинства других подобных случаев, они не погибли, а образовали то, что исследователи назвали таламическим мозгом. Хотя Криста и Татьяна — отдельные личности со своим характером, у них смешанная нервная система. Когда одна из девочек в детстве плакала, можно было дать второй соску, и первая умолкала. Они знают желания друг друга, а если между ними поставить ширму и показать Кристе некий предмет, Татьяна сможет ответить, что увидела ее сестра. На рентгене виден толстый канал из нейронных отростков — тот самым интерфейс, который соединяет два мозга. Если это возможно в природе, то что мешает воссоздать явление в лаборатории? Более того, что мешает в качестве второй сестры использовать компьютер?

Здесь возникает два главных вопроса: 1. Насколько сложной должна быть вычислительная машина, чтобы в ней поместился мозг? 2. Каким образом перенести мозг, не разрушив его? Другими словами, как осуществить сканирование всего коннектома — системы связей нейронов?

На первый вопрос ответить немного проще. На заре нейрологии исследователи были поражены количеством связей в мозгу. У нас в голове около 86 миллиардов нейронов и порядка 150 триллионов синапсов — узлов, в которых отростки одного нейрона подходят к отросткам другого. Можно ли измерить вычислительную мощность мозга? Пионерами в этой области были лауреаты Нобелевской премии Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли. В 1952 году они разработали модель для описания передачи нервного сигнала в гигантском аксоне кальмара. В среднем, один синапс содержит 1000 молекулярных переключателей, или триггеров. Это аналог 150 квадриллионов транзисторов. Вычисления дают нам предельную производительность мозга порядка 1.5 x 10²⁰ Гц-Т (то есть герц-триггеров).

В то же время самый совершенный на сегодняшний день суперкомпьютер достигает порядка 1,7 x 10¹⁹ Гц-Т. Несмотря на все усилия инженеров, мозг по своей производительности до сих пор превосходит процессоры.

Здесь необходимо учитывать разницу в «архитектуре». В мозгу каждый синапс — самостоятельное вычислительное устройство, и все они работают одновременно. Компьютеры же построены на архитектуре фон Неймана, которую отличает малое количество вычислительных ядер, но большое количество ячеек памяти. Как бы то ни было, рано или поздно железные мозги обгонят белковые. По прогнозам Рэймонда Курцвейла, случится это в 2025-2027 году — именно тогда закон Мура предсказывает появление компьютера, способного эмулировать человеческий мозг в реальном времени.

Нейронные сети

Минувшей весной «Футурист», как и все, активно обсуждал победу программы AlphaGo над одним из сильнейших в мире игроков в го. В отличие от Deep Blue, которая в 1997 обыграла Каспарова в шахматы, AlphaGo — это разработка на основе нейронных сетей. Deep Blue была программой, заточенной на одну конкретную задачу; AlphaGo научилась играть практически с нуля. Конечно, есть и много других свидетельств того, наколько эффективны нейронные сети — от распознавания речи до создания чатботов. Эта область стремительно демократизируется: в октябре компания Bonsai пообещала, что любой желающий сможет создать себе нейросеть в образовательных целях. Если сознание человека когда-либо удастся загрузить в компьютер, то именно такой, который работает по принципу нейросетей — максимально приближенный к мозгу.

Далее мы переходим ко второму главному вопросу: как скопировать структуру нейронных связей — реконструировать коннектом? Один из самых интересных проектов в этой области начался несколько лет назад с дохлой мыши. Работу осуществляют в Массачусетском технологическом институте и Обществе Макса Планка в Лейпциге. Специалисты взяли мозг грызуна и нарезали слоями, а затем поместили в сканирующий электронный микроскоп. Так была получена драгоценная информация о нейронных связях. Теперь ее осталось расшифровать, нарисовать карту, где все клетки были бы связаны друг с другом. Ученые решили сосредоточиться только на одной области — сетчатке. Даже чтобы создать ее полную схему, команде потребовалось бы порядка 200 лет. И тогда на помощь пришла сила интернета и гражданской науки.

Гении из МИТ запустили сайт Eyewire, на котором предложили всем желающим сыграть в несложную игру. Пользователям необходимо раскрашивать отростки каждого нейрона и прослеживать пути, по которым идут сигналы. Всё это загружается в нейросеть. С момента запуска в 2012 году база проекта выросла до 200 000 игроков в 150 странах. Мышиная и человеческая сетчатка очень похожи, так что конечная цель инициативы — узнать больше о наших собственных механизмах зрения. Кстати, два года назад по-русски вышла книга одного из авторов исследования Себастьяна Сеунга: «Коннектом: Как мозг делает нас тем, что мы есть».

Гораздо более амбициозен проект Blue Brain компании IBM. В его рамках уже в 2008 году была завершена работа по созданию клеточной модели одной колонки неокортекса — это примерно 10 000 клеток. В 2011-м исследователи достигли результата в миллион нейронов, а в 2014-м, предположительно, был реконструирован полный мозг крысы. Правда, данные пока не опубликованы, так что остается только гадать, достигли ли ученые успеха.

Серверы проекта Blue Brain

Впрочем, не все так радужно. Человеческий мозг — самый таинственный объект во Вселенной, и наше знание о нем меняется и обогащается в тот самый момент, как в лабораториях строят его «точные» копии. В 2015 году французы из Политехнической школы огорошили коллег открытием, что нервные сигналы могут распространяться через астроциты и клетки глии, которые до сих пор считались вспомогательными тканяма мозга. Затем появилось еще более удивительное исследование о возможности распространения фотонных сигналов в глии. Исследователи мозга знают, что нейроны могут генерировать световые импульсы (как биолюминесцентные клетки глубоководных рыб), но чтобы подобные сигналы передавали информацию — к такому никто не готов.

Даже несмотря на все эти осложнения, большинство ученых считают появление первой рабочей модели человеческого мозга делом времени. Сергей Марков называет ориентировочную дату 2023 год, что очень похоже на прогноз Курцвейла (2025-2027 для компьютера, равного по мощности нашему мозгу).

Однако воссоздать коннектом и отсканировать структуры живого мозга — две совершенно разные вещи. И второе, судя по всему, гораздо сложнее.

Один из первых пациентов, которому сделали ЭЭГ

Еще в 1875 году физиолог Ричард Катон обнаружил, что мозг генерирует слабый электрический ток. В 20-х годах прошлого века Ханс Бергер научился эти волны считывать. Так зародилась электроэнцефалография, без которой была бы невозможна работа сегодняшних невропатологов. За прошедший век появилось еще несколько мощных инструментов для того, чтобы заглядывать в мозг живого человека. Самые совершенные из них на сегодняшний день — это ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) и МЭГ (магнитоэнцефалография). Каждая из технологий — настоящее чудо науки. Особенно поражает ПЭТ, которая использует квантовые эффекты: пациенту дают препарат, содержащий безвредный радиактивный изотоп, он распадается в организме, возникают позитроны, они аннигилируют с электронами и испускают гамма-кванты, которые и регистрирует сканер. Однако разрешение снимков оказывается небольшим: пространственное — порядка 0,75 мм, временное — 60-120 секунд. Функциональное МРТ охватывает интервалы порядка 0,1 секунды, уже гораздо лучше, и регистрирует участки размером с миллиметр. Наиболее многообещающая техника — МЭГ. С ее помощью измеряют магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. Методика дает временное разрешение 1 мс и пространственное 5 мм. К сожалению, магнитоэнцефалограф — штука дорогая, для него требуются датчики на основе сверхпроводников. Марков называет сумму в 200 миллионов рублей за весь аппарат.

Воссоздание того, что видит кошка, по сигналам в ее мозгу

Всё это прекрасно, но не пора ли перейти к самому интересному: прямому слиянию мозга и компьютера, то есть нейроинтерфейсам? Одна из первых разработок в этой области была показана в Калифорнийском университете в Беркли в 1999 году: ученые имплантировали электроды в мозг кошки. Им удалось зарегистрировать активность порядка 200 нейронов и понять, что видит животное. Однако для людей такие инвазивные интерфейсы неприемлемы — негигиенично, неэстетично, и вообще страшно (хотя почувствовать электрод или скальпель в мозгу нам физически нечем — отсюда прошлогодняя история о музыканте, который играл на саксофоне, пока ему удаляли опухоль из мозга). Основные усилия исследователей направлены на разработку неинвазивных интерфейсов мозг-машина. И здесь тоже есть чем порадовать. Уже в 2008 году в журнале «Нейрон» эксперты компании ATR-LABS отчитались о воссоздании того, что видит испытуемый, по сканам МРТ. А вообще об успехах в этой области можно написать отдельную большую статью.

Один из самых распространенных примеров удачного протеза, который напрямую связан с мозгом, — кохлеарный имплантат. С ним сегодня живут тысячи людей, и при этом вряд ли у окружающих возникают мысли, что рядом с ними — киборги, которым потерю слуха компенсировали антенной, вживленной в кости черепа. Существуют и высокотехнологичные протезы для слепых, которые выглядят, как солнцезащитные очки с проводами.

Кстати, киборг с недавнего времени — это уже не ругательство, а комплимент. Активист Нил Харбиссон вместе со своей Cyborg Foundation уже много лет делает всё, чтобы доказать: «Киборг — это звучит гордо». Родившись с врожденной ахроматопсией, то есть цветовой слепотой, Харбиссон имплантировал себе в затылочную кость черепа антенну, которая позволяет ему «слышать» цвета, в том числе инфракрасный и ультрафиолетовый. С этой антенной он даже сфотографировался на паспорт, так что его иногда называют первым официально признанным киборгом в мире.

Очень активно кибернетика проникает в восстановительную медицину. Сергей Марков показывает видео с лекции Мигеля Николелиса, бразильского первопроходца нейроинтерфейсов, который строит экзоскелеты для парализованных пациентов и протезы, позволяющие танцевать. В 2013 году он же продемонстрировал эксперимент, в рамках которого соединил мозг двух крыс, причем компьютер был посредником. Одна из крыс получала информацию о том, какой из рычагов нужно нажать, чтобы заслужить вознаграждение. Но рычаги были только у второй. Данные переводили в компьютерную форму и передавали второй крысе — и она правильно выбирала рычаг, хотя видеть лампы не могла. Не все коллеги восприняли опыт восторженно. Нейролог Ли Миллер, комментируя работу Николелиса для журнала The Scientist, назвал эксперимент «слабым научно-фантастическим сценарием для голливудского фильма». И все же нельзя не признать: нейроинтерфейсы из фантастики постепенно превращаются в реальность.

Мигель Николелис со своим экзоскелетом

Перспектива загрузки мозга в компьютер, какой бы отдаленной она ни была, рождает серьезные философские вопросы. С одним из них мы, кстати, сталкивались при обсуждении телепортатора в «Звездном пути»: если тебя разбирают на атомы в одном месте и собирают в другом — означает ли это успешную телепортацию или смерть и появление двойника? Сергей Марков предлагает разрешить этот парадокс при помощи концепции «постнеокортекса», или же просто «расширенного мозга». Представьте, что мы налаживаем мост между нашим мозгом и нейронной сетью, которая в 100 000 раз больше его. (Такие работы ведутся: Теодор Бергер, например, уже много лет занимается разработкой мозговых чипов и уверен, что в скором будущем его продукты смогут дать любому неограниченный объем памяти.) Мы постепенно осваиваем новое «дисковое пространство», что становится возможным благодаря явлению нейропластичности, переносим туда часть своих воспоминаний, навыков, идей. В конце концов оказывается, что наш собственный биологический мозг отвечает за хранение ничтожной доли данных. Мы избавляемся от него — и становимся полноценными киборгами.

Еще одна проблема, которая сразу возникает в этой связи: сознание, загруженное в компьютер, оказывается неотличимым от искусственного интеллекта. Следовательно, если у вас есть сомнения, что компьютер может быть полностью разумным, те же доводы можно перенести и на идею загрузки сознания. Среди возможных возражений против сильного ИИ Сергей Марков вспоминает гипотезу Роджера Пенроуза о неалгоритмической природе разума. По Пенроузу, мы осознаем себя и обладаем свободой воли благодаря квантовым эффектам, которые имеют место в мозгу. Марков замечает, что сторонники подобных идей находятся в меньшинстве. Считается, что нейроны слишком велики для наблюдения квантовых эффектов.

Так сможем ли мы загрузить мозг? Сергей Марков отвечает просто: «Проблема сейчас носит только инженерный характер».

Марков уверен, что мы уже активно вмешиваемся в нашу собственную биологию. Недавно была одобрена генная терапия. Прогресс нельзя остановить. Со временем грань между нами и нашими инструментами все больше стирается, мы вступаем в фазу автоэволюции. Киборгизация, внедрение нейроинтерфейсов — один из этапов этого процесса.

«Будущее, по всей видимости, лежит за симбиозом человека и машины, за некой синтетической формой жизни».

Решились бы вы загрузить свой разум в компьютер?

Источник: futurist.ru

Комментарии: