هنری مارکرام مغز انسان را به کمک یک سوپرکامپیوتر می سازد

هدف ما ساخت یک مدل کامپیوتری با جزئیات کامل و واقعی از مغز انسان است. و ما در چهار سال گذشته موفق به این کار شده ایم، یک نمونه تست برای بخش کوچکی از مغز موش ساخته شده است، و با این نمونه ما قادر به گسترش پروژه برای مغز انسان هستیم.
چرا چنین کاری را انجام میدهیم؟ سه دلیل بسیار مهم وجود دارد. اول، برای ما درک عملکرد مغز انسان ضروری است اگر بخواهیم با پیشرفت بشر پیش برویم، و فکر می‌کنیم که این یک گام اساسی در تکامل است. دومین دلیل این است که، ما تا ابد نمی‌توانیم آزمایشات را روی حیوانات انجام دهیم، و مجبوریم تمامی اطلاعات و دانشمان را در یک مدل کاری پیاده سازی کنیم. این شبیه کشتی نوح است. مانند یک آرشیو است. و دلیل سوم اینکه، حدود دو میلیارد انسان در جهان وجود دارند که از مشکلات روانی رنج می‌برند، و داروهایی که امروزه تجویز می‌شوند بطور وسیعی تجربی هستند. به نظرم ما قادر به دستیابی یک راه حل بهم پیوسته هستیم که چگونه این اختلالات را درمان کنیم.
حال، حتی در این مرحله، ما قادریم که از مدل مغز استفاده کنیم جهت بررسی سوالات اساسی در زمینه اینکه چگونه مغز کار می‌کند. و همینجا، در تد، برای اولین بار، مایلم به شما یکی از تئوریها را نشان دهم -- تئوریهای زیادی در این زمینه وجود دارد -- یک تئوری که نشان می‌دهد مغز چگونه کار می‌کند. در این تئوری مغز یک نسخه از کل جهان را ایجاد کرده و مي‌سازد. و این نسخه از جهان را طرح ریزی می‌کند، مانند یک حباب، که ما را احاطه کرده است.
البته این قرنها جزو یکی از بحثهای فلسفی بوده است. ولی، برای اولین بار، به کمک شبیه ساز مغز، ما قادر به درک آن هستیم. و سوالات بسیار جدی و اصولی را بپرسیم، که آیا این نظریه احتمالا می تواند درست باشد. دلیل حجیم دیدن ماه در خط افق خیلی ساده است چون‌که حباب ادراکی ما قادر به کش آمدن به طول 380000 کیلومتر نمی‌باشد. فضای خالی برای این کار را ندارد. و کاری که ما می‌کنیم مقایسه ساختمان‌ها از درون حباب ادراکی‌مان می‌باشد، و ما تصمیم می‌گیریم. و ما فکر می‌کنیم که آن بدان بزرگی است، درحالیکه ماه اصلا به آن بزرگی نیست،
و این نشانه آن است که این تصمیمات چیزهای اصلی‌ای هستند که حباب ادراکی ما را پشتیبانی می‌کنند. اینها آنرا زنده نگه می‌دارند. بدون تصمیمات شما نمی‌توانید ببینید، شما نمی‌توانید فکر کنید، شما نمی‌توانید احساس کنید. و شما ممکن است فکر کنید که بیهوشی ارسال شما به یک خواب عمیق است، یا مسدود کردن گیرنده شماست بطوریکه شما درد را احساس نمی‌کنید، اما در عمل بیشتر بیحس کننده ها این چنین کار نمی‌کنند. آنها یک نویز را به مغز معرفی می‌کنند تا نرونها متوجه یکدیگر نشوند. آنها گیج می‌شوند، و شما نمی‌تونید تصمیم گیری کنید. بنابراین، وقتی شما سعی در بازتولید ذهن خود می‌کنید، کاری که دکتر جراح انجام می‌دهد، در حالیکه از پاره کردن بدن شما زمان طولانی گذشته است. او در خانه در حال خوردن چای است.
پس، وقتی که شما بیدار شده به سمت در رفته و آنرا باز می‌کنید، آنچه که شما باید ضرورتا انجام دهید تا تصور کنید تصمیم گیری است، هزاران تصمیم درباره اندازه اتاق، اندازه دیوار، ارتفاع، اشیاء موجود در اتاق و غیره. 99 درصد چیزی که شما می‌بینید آن چیزی نیست که از چشمانتان دریافت می‌کنید. آن استنباط شما درباره آن اتاق است. لذا با کمی اطمینان و یقین می‌توانم بگویم، «فکر می‌کنم، پس هستم.» اما نمی‌توانم بگویم، «شما فکر می‌کنید، پس هستید.» زیرا شما از درون حباب ادراکی من وجود دارید.
حال میتوانیم اینرا فلسفی کرده و حدس بزنیم، اما واقعا آنرا برای صد سال آینده نداریم. می‌توانیم یک سوال خیلی واقعی بپرسیم. «آیا مغز می‌توانید چنین ادراکی بسازد؟» آیا آن قادر به انجام آن است؟ آیا آن جوهر انجام آنرا دارد؟ و چیزی که امروز مایل به توضیح آن برای شما هستم.
11 میلیارد سال برای جهان وقت برده که مغز را بسازد. آنرا مقدار کمی بهبود بخشیده است. او باید به قسمت پیشانی مغز می‌افزود، تا شما را دارای غریزه‌ها شوید، زیرا آنها مجبور به کنار آمدن با محیط زمین بوده اند. اما گام بزرگ واقعی نئوکورتکس بود. آن یک مغز جدید است. شما به آن نیاز داشتید.پستانداران به آن نیاز داشتند زیرا آنها مجبور به کنار آمدن با وظایف والدینی بودند، تعاملات اجتماعی، عملکرد‌های معرفتی پیچیده.
لذا، شما می‌توانید به نئوکورتکس واقعا بعنوان راه حل نهایی جهان آفریش تا کنون، آنطور که ما می‌دانیم فکر کنید. آن حد نهایی است، آن آخرین محصولی است که جهان آفرینش تولید کرده است. در روند تکامل از موش تا انسان گسترش حدود هزار بار از لحاظ تعداد نرونها بسیار موفقیت آمیز بوده است تا چنین ساختار تقریبا ترسناک چنین عضوی را تولید نماید. و هنوز سیر تکاملی خود را متوقف نساخته است. در واقع، نئوکورتکس در مغز انسان با یک سرعت سرسام آور در حال تکامل است .
اگر شما به سطح نئوکورتکس زوم کنید، کشف میکنید که آن از ماژول‌های بسیار کوچکی ساخته شده است، شبیه پروسسور جی 5 در کامپیوتر. اما آنجا یک میلیون از آنها وجود دارد. آنها در تکامل بسیار موفق بوده اند بدین شکل که ما آنها را تکثیر داده ایم به دفعات بسیار زیاد و آنها را در مغز افزایش داده ایم تا به حدی که دیگر در جمجمه مغز جایی برای افزایش باقی نمانده است. و مغز شروع به تا کردن خود درون آن کرده است، و این دلیل پر پیچ و تاب بودن بسیار زیاد نئوکورتکس می‌باشد. ما فقط در ستونهای مختلف بسته بندی کرده‌ایم، برای همین ما ستونهای نئوکورتیکالی بسیار برای انجام عملکرد‌های بسیار پیچیده داریم.
پس شما می‌توانید نئوکورتکس را واقعا شبیه یک پیانوی بسیار حجیم و بزرگ تصور کنید، یک پیانو بزرگ با ملیون‌ها کلید. هر یک از این ستون‌های نئوکورتیکالی می‌توانند یک نت تولید نمایند. شما آنرا تحریک می‌کنید، و آن برای شما یک سمفونی تولید می‌کند. اما آن صرفا یک سمفونی ادراکی نیست. آن یک سمفونی از جهان شما، از واقعیت شماست. البته چندین سال طول میکشد که یاد بگیرید چگونه در نواختن چنین پیانویی با میلیون‌ها کلید استاد شوید. این دلیل آن است که شما بچه های خود را به مدرسه های خوب می‌فرستید، امیدوارم در نهایت به آکسفورد باشد. اما این تنها در مورد آموزش و پرورش نیست. آن همچنین درباره ژنتیک هم هست. شما ممکن است خوش شانس متولد شوید، یا شما بدانید چطور استاد ستون نئوکورتیکال خود باشید، و شما میتوانید یک سمفونی رویایی بنوازید.
در واقع، در حال حاضر یک تئوری جدید از آتیسم وجود دارد که تئوری «جهان فشرده» نامیده میشود، که پیشنهاد می‌کند ستونهای نئوکورتیکال بصورت سوپر ستونها هستند. آنها بسیار واکنش پذیر هستند و آنها سوپر- پلاستیک هستند، و آتیستها احتمالا قادر به ساختن و یادگیری سمفونی ای هستند که برای ما غیرقابل تفکر است. اما شما همچنین میتوانید بفهمید که اگر شما بیمار شوید از درون یکی از این ستونها، نت مربوطه رو به خاموشی خواهد گذارد. ادراک شما، یا همان سمفونی که شما ایجاد می‌کنید خراب خواهد شد، و شما علائم بیماری را خواهید داشت.
لذا، هدف مقدس برای علم اعصاب این است که طرح ستون نئوکوریتیکال را درک کند -- و آن تنها در مورد علم اعصاب نیست؛ شاید برای درک ادارک باشد، برای درک واقعیت هم باشد، و شاید حتی درک واقعیت فیزیکی. لذا، کاری که ما ظرف 15 سال گذشته انجام دادیم، این بود که بطور سیستمی نئوکورتکس را تشریح کردیم. آن کمی شبوه این است که یک تکه از جنگل انبوهی را فهرست کنیم. چه تعداد درخت در آن وجود دارد؟ درختها چه شکلی هستند؟ چند نوع درخت دارید؟ موقعیت آنها کجاست؟
اما آن کمی بیشتر از فهرست کردن است زیرا شما واقعا مجبورید که تمامی قوانین ارتباطی را توصیف و کشف نمایید، قواعد اتصال، زیرا نرونها صرفا با هر نرونی اتصال برقرار نمی‌کنند. آنها بسیار بدقت انتخاب می‌کنند که با چه کسی اتصال برقرار کنند. آن همچنین بیش از یک فهرست کردن است زیرا شما واقعا مجبورید یک مدل دیجیتالی سه بعدی از آنها بسازید. و ما آنرا برای ده ها هزار نرون انجام دادیم، مدلهای دیجیتالی انواع مختلفی از نرونهایی را که بدانها برمی‌خوردیم را ساختیم. و وقتی که شما آنرا داشته باشید، شما واقعا می‌توانید شروع به ساخت ستون نئوکورتیکال کنید.
و اینجا ما آنها را مارپیچ کرده‌ایم. اما همانطور که شما این کار را می‌کنید، چیزی که می‌بینید در واقع شاخ و برگ متقاطع در میلیونها موقعیت می‌باشد.و در هر یک از این تقاطع‌ها آنها می‌توانند یک سیناپس تشکیل دهند. و یک سیناپس یک موقعیت شیمیایی است که آنها با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.و این سیناپسها با همدیگر شبکه را تشکیل می‌دهند یا همان مدار مغز را. حال، این مدار، همان چیزی است که شما می‌توانید در مورد آن فکر کنید کههمان بافت مغز است. و وقتی که درباره بافت مغز فکر می‌کنید، این ساختار، چطور ساخته می‌شود؟ الگوی فرش آن چیست؟ شما فکر می‌کنید که این یک چالش اصلی برای هرگونه تئوری مغز ایجاد می‌کند، و مخصوصا برای تئوری‌ای که می‌گوید مقداری واقعیت و جود دارد که خارج از این فرش ، خارج از این فرش خاص بهمراه الگوی مشخص وجود دارد.
دلیل آن این است که مهمترین راز طرح مغز گوناگونی و تنوع آن است. هر نرون متفاوت است. آن مانند جنگل است. هر درخت کاجی متفاوت است.شما ممکن است انواع مختلف زیادی از درختان داشته باشید، اما هر درخت کاجی متفاوت از بقیه است. و در مغز هم همین طور است. بنابراین در مغز من هیچ نرونی شبیه نرونی دیگری نیست، و هیچ نرونی در مغز من شبیه هیچ نرونی از مغز شما نیست. و نرونهای شما به صورت یکسان جهت و موقعیت نخواهند گرفت. و شما ممکن است تعداد بیشتر یا کمتری از نرونها داشته باشید. بنابراین آن بسیار غیر مشابه است که شما همان بافت را داشته باشید، همان مدار را داشته باشید.
پس چطور می‌توانیم احتمالا واقعیتی بسازیم که حتی دیگری را بتوانیم درک کنیم؟ خب، لازم نیست که ما حدس بزنیم. حال می‌توانیم به تمامی 10 میلیون سیناپس بنگریم. می‌توانیم به بافت بنگریم. و نرونها را تغییر دهیم. می‌توانیم نرونهای متفاوتی را با تنوع مختلفی بکار گیریم می‌توانیم آنها را در موقعیت مختلف قرار دهیم، آنها را به سمت مکانهای مختلفی جهت‌دهی کنیم. می‌توانیم تعدادی کمتر یا بیشتری از آنها را بکارگیریم. و وقتی که ما این کار را انجام می‌دهیم چیزی که کشف می‌کنیم این است که مدارات تغییر می‌کنند. ولی الگویی که مدارات طراحی شده اند تغییر نمی‌کنند.بنابراین، بافت مغز، حتی اگر مغز شما کوچکتر یا بزرگتر باشد، یا انواع نرونهای مختلف داشته باشد، مورفولوژی نرونهای متفاوت داشته باشد، ما در واقع از همان بافت مشترک استفاده می‌کنیم. و ما فکر می‌کنیم این گونه های مختلف خاص است، و می‌تواند توضیح دهد چرا ما نمی‌توانیم بین گونه ها مختلف حیوانات ارتباط برقرار کنیم.
پس بیایید آنرا روشن کنیم. اما برای انجام آن، کاری که شما باید انجام دهید این است که شما باید آن‌را زنده کنیم. ما آنرا به کمک معادلات، با ریاضیات بسیار زیاد زنده کرده‌ایم. و در واقع، معادلاتی که نرونها را تبدیل به مولدهای الکتریکی می‌کنند که توسط دو برنده جایزه نوبل در کمبریج کشف شده است. بنابراین، ما مجبوریم از ریاضیات برای زنده کردن نرونها استفاده کنیم. همچنین ما ریاضیاتی برای توصیف اینکه چگونه نرونها اطلاعات را جمع آوری می‌کنند، داریم، و اینکه آنها چطور یک جرقه کوچک می‌سازند برای برقرار ارتباط با یکدیگر. و وقتی که آنها به سمت سیناپس میروند، و کاری که آنها می‌کنند این است که بطور موثری، عینا، به سیناپس شوک وارد میکنند. آن شبیه شوک الکتریکی است که بصورت شیمیایی از این سیناپسها آزاد می‌شود.
و ما ریاضیاتی را بدست آورده ایم که این روند را توصیف می‌کند. بنابراین ما می‌توانیم ارتباطات بین نرونها را توصیف کنیم. به معنی واقعی کلمه برای شبیه سازی نئوکورتکس مغز صرفا یک مشت معادلات وجود دارد که شما برای شبیه سازی فعالیت‌های نوکوتکس نیاز دارید. ولی چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر خیلی بزرگ است. و در واقع شما برای انجام تمامی محاسبات فقط یک نرون به یک لپ تاپ نیاز دارید. لذا شما به 10000 لپ تاپ نیاز دارید. پس شما به کجا خواهید رفت؟ شما به آی بی ام می‌روید، و یک سوپرکامپیوتر از آنها می‌گیرید، چرا که آنها در حال حاضر می دانند که چگونه10000 لپ تاپ را در اندازه‌ی یک یخچال جا دهند. حالا ما این ابرکامپیوتر ژن آبی را داریم. ما می‌توانیم تمامی نرونها را در آن بارگذاری کنیم، هر یک را در پروسسور آن، و آنرا روشن کنیم، و ببینیم چه اتفاقی می افتد. فرش جادویی را برای سواری پهن کنیم. 12:10 اینجا ما آنرا فعال میکنیم. و این اولین نگاه اجمالی است که نشان میدهد که در مغز شما چه اتفاقی می افتد وقتی که یک تحریک وجود دارد. این اولین نما است. حالا، وقتی شما به آن برای اولین بار نگاه می‌کنید، شما فکر می‌کنید، «اوه خدای من، چطور واقعیت از درون آن بیرون می آید؟» اما، در واقع، شما می‌توانید شروع کنید، حتی اگر ما این ستون نئوکورتیکالی را آموزش نداده باشیم تا یک واقعیت مشخصی را ایجاد کند. ولی ما میتوانیم بپرسیم، «کجاست رز؟» ما میتوانیم بپرسیم، «آن داخل کجاست، اگر ما آنرا بهمراه یک تصویر تحریک کنیم؟» آن کجای نئوکورتکس قرار دارد؟ در نهایت آن آنجا خواهد بود اگر ما آنرا با آن تحریک کنیم.
پس، طریقی که ما میتوانیم بدان بنگریم این است که فراموش کنیم نرونها را، فراموش کنیم سیناپسها را، و صرفا به فعالیتهای الکتریکی خام بنگریم.زیرا آن چیزی است که آن ساخته است. آن الگوهای الکتریکی را می‌سازد. پس وقتی که ما این را انجام دادیم، در واقع، برای اولین بار، این ساختارهای شبه روح را دیدیم: اشیاء الکتریکی ظاهر می‌شوند از خلال ستون نئوکورتیکالی. و این اشیاء الکتریکی است که در آنها تمامی اطلاعات مربوط به آنچه که آنرا تحریک کرده نگه داشته می‌شود. و سپس وقتی که ما بر روی این زوم کردیم، آن شبیه یک جهان واقعی است.
پس گام بعدی این است که فقط این مغز را مختصات بدهیم و آنرا برای یک فضای ادراکی طرح ریزی کنیم. و اگر شما آنرا انجام دهید، شما قادر خواهید بود که بداخل واقعیت ساخته شده توسط این ماشین قدم بگذارید، با این تکه از مغز. بنابراین، بطور خلاصه، من فکر میکنیم که جهان ممکن است --امکان پذیر است -- یک مغز را تکامل داده باشد تا خود را ببیند، که ممکن است اولین قدم برای اینکه در مورد خود آگاهی پیدا کند باشد. کارهای زیادی برای تست کردن این تئوریها وجود دارد، و برای تست بقیه تئوریها. اما من امیدوارم که شما حداقل تاحدودی متقاعد شده باشید که ساختن یک مغز غیر ممکن نیست. ما می‌توانیم آنرا ظرف 10 سال آینده بسازیم، و اگر موفق شویم، در ۱۰ سال آینده، ما آنرا به تد خواهیم فرستاد، یک هولوگرام برای صحبت با شما. با تشکر