Как построить человеческий мозг

Генри Маркрам планирует построить мозг человека "с нуля".

Нейробиолог из Швейцарского Федерального Технологического Института, он уверен в том, что единственным способом полностью понять, как работает мозг у людей - и почему он часто не работает - является создание копии мозга, с последующим проведением экспериментов на нем.

Для того чтобы сделать это, Маркрам развернул проект "Мозг Человека". Усилия этого проекта направлены на интеграцию в одну суперкомпьютерную модель виртуального мозга сотен тысяч частей загадки мозга, которые были обнаружены нейробиологами за последние несколько десятилетий - от структур ионных каналов, до механизмов сознательного принятия решений.

Если его план сработает, тогда полученная модель будет способна к обучению, и постепенно разовьет у себя сложные познавательные способности, как и живущий человек. Более того, программная структура модели, разработанная в рамках проекта, будет доступна для всех нейробиологов мира, которые смогут делать с ней все, что захотят, будь то эксперименты с виртуальным рентгеновским излучением, воздействие на модель виртуальными эквивалентами новых экспериментальных лекарств, или нарушение работы модели на различных уровнях для изучения эффектов таких нарушений.

Планы Маркрама достаточно противоречивы. Многие ученые думают, что это просто не будет работать, в то время как другие считают, что виртуальный мозг будет таким же загадочным и трудным в работе, как и реальный мозг. Тем не менее, проект "Мозг Человека" был выбран на конкурс финалистов новых инициатив Европейского Союза, и может получить грант в 1 миллион евро.

Если они выиграют грант, что реально будут делать Маркрам и его группа?

Как построить человеческий мозг?

"У нас уже имеется прототип системы, готовый к расширению, уточнению и улучшению", - говорит Маркрам. По его словам, процесс может быть разбит на семь основных шагов.

Механизм создания мозга

Вначале, ученым предстоит определить объем мозговой ткани, которую нужно будет виртуально создать, затем они должны распространить на этот объем математические модели нейронов таким образом, чтобы это соответствовало экспериментальным данным, полученным с реальных мозгов людей.

Затем они соединят друг с другом модели нейронов посредством виртуальных синапсов - носителей, передающих сигналы. Что касается скоростей сигналов, то, несмотря на то, что высокопроизводительный суперкомпьютер способен выполнять 1 миллиард операций в секунду, даже он не сможет обеспечить способностей человеческого мозга к параллельной обработке, так что модель всегда будет выполнять задачи, и порождать мысли в замедленном (по сравнению с нами) темпе.

Четвертым шагом станет собственно запуск системы. Ученые обеспечат модель нейронов и синапсов, а также глиальных клеток (клетки мозга, не относящиеся к нейронам) и кровяных потоков посредством компьютерного программирования работы этих компонентов.

Для того чтобы поведение этих компонентов было максимально близко к поведению их аналогов в реальном мозге, "мы просеиваем все известные данные в литературе и базах данных... организуем результаты, и анализируем их, для определения места, и значимости в создании модели с постоянно увеличивающейся биологической точностью", - говорит Маркрам. Где функция определенной части мозга еще не известна, ученые группы будут работать вместе с другими нейробиологами для выяснения назначения таких частей, или вставлять в программы отметки с тем, чтобы впоследствии заполнить пробелы, когда смогут.

Далее группа проведет на модели ряд экспериментов, чтобы проверить соответствие клеток и синапсов, а также их плотности экспериментальным данным. "Модели служат для того, чтобы систематически интегрировать биологические данные, и, следовательно, они смогут увеличить биологическую точность со временем, по мере поступления в их распоряжение все большего количества биологических данных", - говорит Маркрам.

Виртуальная реальность

До тех пока, пока модель мозга не будет способной взаимодействовать с внешним миром, она будет представлять собой всего лишь виртуальный эквивалент органа, плавающего в формальдегиде. Поэтому, говорит Маркрам, шестым шагом проекта будет подключение мозга к виртуальной окружающей среде, и выполнение протоколов обучения, с тем, чтоб модель мозга могла учиться и, в процессе этого, развивать сложные познавательные способности.

"Когда создается модель наподобие этой, все еще необходимо научить ее ощущать, действовать, и принимать решения. Это медленный процесс, и нам для этого требуются очень мощные суперкомпьютеры", - говорит он.

Так как ученые будут строить сразу взрослый мозг, он не будет проходить процесс роста нейронов и синапсов, имеющий место в детстве, но им все еще придется учить этот мозг всему, что связано с реальностью, чтобы он мог порождать осмысленные мысли. Мозг будет учиться через взаимодействие с "поведением виртуальных агентов в виртуальных мирах", - говорит Маркрам.

И наконец, ученые разработают и выполнят ряд экспериментов над мозгом, надеясь изучить все - от нейронных основ поведения человека, до воздействия новых лекарств на мозг, и причин любой из 550 заболеваний, оказывающих влияние не мозг человека.

medbe.ru