Článek Počítačová simulace mozku

Nedávno jsem viděl něco, co na první pohled připomínalo velice zajímavé sci-fi. Jenže to sci-fi nebylo. Byla to přednáška od velmi uznávaného neurovědce Henryka Markama na konferenci TED v Oxfordu. Trochu mě vyděsil jeho citát na konci přednášky, který říká:

"Není nemožné simulovat lidský mozek a budeme toho schopni do deseti let,"
Henry Markram, vedoucí projektu Blue Brain, 2009, TED konference, Oxford.

Markam společně se skupinou vědců z univerzity v Lausanne ve Švýcarsku pracuje na projektu Blue Brain. Jedná se o jeden z nadějných projektů, přinášející spojení nejnovějších poznatků z oblasti neurověd, fyziky, chemie, biologie a informatiky. V rámci projektu Blue Brain se vědci snaží pomocí reversního inženýrství o dokonalé modelování části mozku krysy. Zatím modelují pouze velmi malou část, jeden neokortexový sloupec. Tato modelovaná část mozku je velká asi jako špendlíková hlavička. Extrémně rozsáhlý počítačový model se však v sobě snaží zachytit realitu s přesností na jednotlivé neurony a jejich synapse.

Vytvořený model je podroben následné počítačově simulaci. Slouží k tomu více než 8.000 výkonných mikročipů dohromady s výpočetní kapacitou desítek trilionů operací za vteřinu. Systém detailně modeluje 10.000 reálných neuronů a 10⁸ synaptických spojení. Neurony jsou modelovány se všemi fyzikálními, chemickými a biologickými vlastnostmi. Jedná se o první model mozku, který byl navržen s co možná nejpřesnějším přístupem zdola-nahoru. Ostatní modely, například neuronové sítě používané hojně v současné informatice, mají oproti tomuto modelu velmi vysokou míru abstrakce.

„Z fyzikálního hlediska je zvlášť zábavné mluvit o životě, protože představuje extrémní příklad emergence zákonitostí.“
Robert B. Laughlin, teoretický fyzik a laureát Nobelovy ceny

„Jednotlivý atom zlata není ani žlutý ani lesklý.“
Philip W. Anderson, teoretický fyzik a laureát Nobelovy ceny

Pokud se na mikroskopické úrovni řídí mnoho součástí systému jednoduchými pravidly, které však na makroskopické úrovni vytváří jevy, jež lze opět popsatelný dalšími jednoduchými pravidly, vzniká jev zvaný emergence. Ukázkou fenoménu emergence může být například zvuk. Vzájemnou interakci molekul lze popsat jednoduchými pravidly. Pokud vezeme mnoho molekul, necháme je na sebe působit a na určitém místě některé z nich rozkmitáme, začne se šířit zvuk. Šíření zvuku je emergentní jev, protože ho opět můžeme popsat jednoduchými pravidly. Emergence přináší výstup nového řádu a pravidel z chaotického uspořádání, u kterého by na první pohled nikdo pravděpodobně výslednou emergenci nečekal. Simulace projektu Blue Brain má za cíl v reálném čase odhalit stejné emergentní chování, jako bylo zjištěno 15 lety zkoumáním biologického matriálu.

Výsledky prvních simulací ukazují, že se chování modelovaného systému velmi přibližuje reálnému chování a to i včetně emeritních jevů. Potřebný výkon pro realistické modelování celého mozku krysy odpovídá 1 až 10 Peta-FLOPS (Peta-FLOPS = 10¹⁵ operací za sekundu). Takový výpočetní výkon může být dostupný do roku 2015 pokud bude zachován Moorův zákon. Tento zákon říká, že výkony procesorů se každých 18 měsíců zhruba zdvojnásobují a prozatím platil po celou dobu existence výpočetní techniky.  Pokud tedy bude platit i nadále budeme skutečně schopni simulovat celý lidský mozek (jeho 10¹¹ neuronů a 10¹⁴ synaptických spojení) v řádu několika let. Bude takový mít takový počítačový model vědomí, objeví se stejná emergence jako u biologického mozku?

Video

Zdroje:

Ludwig P.: Socilogický simulátor, 2011
http://bluebrain.epfl.ch
http://en.wikipedia.org/wiki/Cortical_column
http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_Brain_Project
http://cs.wikipedia.org/wiki/Blue_Brain_Project
http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law
http://www.rozhlas.cz/leonardo/technologie/_zprava/581492
http://www.ted.com/talks/henry_markram_supercomputing_the_brain_s_secrets.html
http://en.wikipedia.org/wiki/FLOPS
http://en.wikipedia.org/wiki/Emergence