Картография и «обратная разработка»: в США и Европе досконально изучат человеческий мозг Юрий Ильин

Картография и «обратная разработка»: в США и Европе досконально изучат человеческий мозг

Юрий Ильин

Опубликовано 10 апреля 2013

Около 86 миллиардов нейронов. Около ста триллионов синапсов. Средняя масса — 1,5 кг, средний объём — 1130 см³. Таковы характеристики головного мозга взрослого человека. Сами по себе эти значения неспециалистам говорят немного. Однако даже неспециалист легко представит, какие ресурсы должны быть затрачены для того, чтобы составить полную карту головного мозга человека со всеми его многочисленными структурами — и установить их назначение.

В начале февраля научный мегапроект, нацеленный на «понимание» головного мозга человека, анонсировали европейские исследователи. Затем в начале апреля правительство США объявило о готовности выделить 100 млн долларов на сходный (по существу) проект уже в Америке. Понятно, что для предприятия таких масштабов 100 млн — мягко говоря, негусто: по некоторым оценкам, на американский проект за ближайшее десятилетие уйдёт более трёх миллиардов долларов. Предварительная оценка европейского проекта несколько скромнее — 1,19 млрд евро. Впрочем, учитывая, что бюджет подобных начинаний со временем может начать разрастаться, не исключено, что в итоге будут затрачены в разы большие суммы, что в Европе, что в США.

Ради чего?

Чтобы понять

Человеческий мозг представляет собой Terra Incognita мировой науки. Это аксиома, по крайней мере, пока. На разного рода исследования мозга ушли многие десятилетия, и недаром: нейрохирурги сегодня творят чудеса. И тем не менее неизведанного по-прежнему куда больше, чем изведанного.

«Функционирование отдельных клеток достаточно хорошо объяснено, однако понимание того, как в результате взаимодействия тысяч и миллионов нейронов мозг функционирует как целое, доступно лишь в очень упрощённом виде и требует дальнейших глубоких исследований», — справедливо указывается в соответствующей статье в Википедии.

Да, наука знает, за что отвечают отдельные области мозга; где располагаются двигательный, речевой центры, какие области отвечают за формирование памяти, а какие — за удовольствия. Однако, как уже сказано, есть масса вопросов, на которые ответы отсутствуют. Мозг человека отвечает за жизнедеятельность всего его организма в целом, а также и за мыслительные процессы. За разум. А что это такое?

Регулярно приходится читать и слышать об очередном техническом методе и инструментах для «чтения мыслей», для считывания визуальных образов и воспоминаний и тому подобных прекрасных вещах. Но какими бы сложными и высокотехнологичными ни были подобного рода эксперименты, остаётся громадное количество «белых пятен» — их по-прежнему чуть ли не больше, чем исследованных сколько-нибудь подробно областей.

Европейские и американские исследователи решились на проекты, которые по своей сложности не уступают, а возможно, и значительно превышают сложность проекта по расшифровке генома человека (бюджет которого составил около 3 млрд. долларов).

Похоже, более уместным будет сравнение проектов Human Brain Project (Европа) и Brain Activity Map Project (США) со строительством Большого Адронного коллайдера (уже потому, что решаются сходные по фундаментальности задачи). И надо заметить, аналогии с Вавилонской башней тоже напрашиваются.

Обратная разработка

Цель проекта Human Brain Project — собрать воедино все имеющиеся у мировой науки на сегодняшний день знания о человеческом мозге. Затем, исходя из этих данных, смоделировать человеческий мозг с помощью суперкомпьютерных технологий. То есть, по сути, осуществить «обратную разработку» (reverse engineering) человеческого мозга с тем, чтобы в деталях выяснить содержание его «исходного кода» и из отдельных фрагментов получить цельную картину.

http://www.youtube.com/watch?v=JqMpGrM5ECo

Проект потребует усилий множества людей. Те, кто уже сейчас имеют прямое отношение к проекту, вполне открыто говорят, что создание новых технологий — чуть ли не главная цель Human Brain Project.

Профессор Генри Маркрэм, один из директоров Human Brain Project, заявил: «То, что предлагаем мы, — это формирование радикально нового предприятия для исследования и понимания мозга, его заболеваний; и на основании этих знаний — создания новых вычислительных технологий».

Речь идёт о так называемых «нейроморфных» компьютерах, которые будут имитировать работу нейронов и синапсов, комбинируя «мощность электроники с гибкостью человеческого разума». Таким образом, предполагается, что новые — радикально новые — вычислительные технологии станут результатом всего этого десятилетнего проекта.

Американцы, судя по имеющейся информации, действуют в противоположном направлении.

Мозгодезия и нейрография

Американский Brain Activity Map Project имеет более длинное (и адекватное содержанию) название: Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies — «Исследования мозга путём развития инновационных нейротехнологий». Конечной заявленной целью 13-летней продолжительности проекта является создание полной карты мозга на уровне отдельных нейронов. То есть поклеточно. То есть с описанием, чем именно занят каждый нейрон в каждый конкретный момент.

И вот тут точно понадобятся новые технологии, уже просто потому, что сейчас отсутствуют технологии для регистрации импульсов нейронов в режиме «реального времени».

В конце января в Smitsonian.com был опубликован видеоролик, в котором была продемонстрирована работа мозга малька полосатого данио — в «реальном времени».

Малька дразнили пищей, и это вызывало у него «определённые соображения».

Для того чтобы визуализировать эти процессы, пришлось производить генную модификацию рыбы: ей ввели ген, который в присутствии ионов кальция начинает флуоресцировать. Благодаря этому можно было видеть, какие области мозга малька активизировались.

Спустя месяц было опубликовано другое видео с визуализацией почти (80 процентов) всего мозга того же малька на уровне, как утверждается, отдельных нейронов. Но съёмка осуществлялась со скоростью один кадр в 1,3 секунды, и даже таких результатов достичь было непросто.

Здесь был вставлен Flash-объект. К сожалению, на данный момент его автоматическая обработка при конвертации в FB2 не поддерживается. Вы можете просмотреть оригинальную версию статьи здесь.

Между тем в мозге малька данио насчитывается всего 100 тысяч нейронов. Можно себе представить, насколько более совершенные инструменты потребуются для составления полной карты человеческого мозга по сравнению с теми, которые доступны нейробиологам сейчас.

По словам профессора Уильяма Ньюсома из Стэнфордского университета (одного из участников Brain Activity Map Project), на сегодняшний день с помощью современных методов исследователи могут регистрировать активность самое большее нескольких сотен нейронов одновременно.

Для успешной реализации проекта по «картографированию» мозга понадобятся новые теоретические подходы, новые вычислительные технологии, новые средства регистрации данных (на уровне нанотехнологий) и даже «новая математика» — просто уже в силу того, какое количество нейронов придётся мониторить и соответственно какой объём данных придётся собирать и перерабатывать.

По всей видимости, исследователи не сразу даже возьмутся за картографирование именно человеческого мозга. Ряд учёных предложили начать с исследований нервной системы червя Caenorhabditis elegans, свободно живущей нематоды (кстати, в России уже проводится проект по моделированию виртуального двойника C. elegans), затем — начать «картографирование» нейроузлов дрозофил, затем — мозга всё тех же полосатых данио, затем грызунов, и уже затем дойдёт очередь до составления карт человеческого мозга. Параллельно предполагается разрабатывать и тестировать принципиально новые технологии (нанотехнологии, скорее всего) для мониторинга активности нейронов.

Искусство интеллекта

Итак, два проекта, сходных по существу, но разнонаправленных. Один прямо предполагает «обратную разработку» человеческого мозга с целью создания «принципиально новых вычислительных технологий». То есть, надо понимать, — искусственного интеллекта.

Другой проект нацелен на то, чтобы «разложить» человеческий мозг на отдельные нейроны и досконально изучить всю его структуру и все его механизмы. И затем, скорее всего, тоже попытаться на основе полученных знаний сделать что-то такое искусственное и интеллектуальное.

Хотя создатели обоих проектов утверждают, что главное, на что они прицеливаются, — это обнаружение средств лечения и предотвращения, в частности, нейродегенеративных заболеваний: болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и других недугов, связанных с разрушением нервной ткани. По всей видимости, найдутся совершенно новые способы лечить наркоманию и алкоголизм, а также всевозможные расстройства, связанные с психикой. Подобные умозаключения напрашиваются сами собой.

И при этом всё-таки очень интересные вопросы поднимаются: если действительно человек будет знать о своём мозге всё, будет ли он знать всё о своём сознании и разуме? И как захочет воспользоваться этим знанием?

Освободит ли нас полное знание о нашем мозге от лишних страхов или, наоборот, добавит новых? Станет ли это своего рода «завоеванием рая» или строительством Вавилонской башни, которое в итоге спровоцирует враждебную реакцию каких-нибудь неизведанных сил природы, на территорию которых человеку лучше было бы и не лезть вовсе?

Обнаружатся ли в мозге какие-то скрытые ресурсы, которые можно будет активизировать усилием воли (или разума)? Или же выяснится, что на деле никаких скрытых сверхспособностей у среднестатистического человека нет и никогда не было, а единичные случаи их проявления — следствия каких-то странных мутаций или простое жульничество?

Появится ли давно прогнозируемая возможность полной «оцифровки» сознания, его безопасного хранения, «цифрового бессмертия»?

Не приведёт ли знание о сознании к формированию идеальных или близких к идеальным инструментов для манипуляции людьми — индивидуально и en masse? Или, наоборот, любые попытки манипулирования станут по факту тщетными? Приведёт ли «полное самоосознание» к совершенствованию человеческой натуры как таковой, или в результате произойдёт расслоение на касты — «повелителей разума», контролирующих инструменты манипуляций сознанием, и их «подданных», послушных, управляемых, но зато питающих абсолютную (потому что целенаправленно культивируемую) уверенность в своём нравственном превосходстве над «повелителями»?

Будет ли достигнута пресловутая сингулярность, и каковы будут её последствия? Произойдёт ли резкий эволюционный скачок вида homo sapiens в целом, или следует ждать разделения человечества на непримиримые партии сторонников естественного развития и адептов технологической аугментации?

Оба проекта формируют колоссальный простор для фантазий, отличную затравку для литературных сюжетов, равно утопических и антиутопических. Пока же мы имеем лишь два заявленных проекта, грандиозных по замыслу, предполагаемым масштабам и продолжительности (более десяти лет) и малопредсказуемых по конечным результатам.

К оглавлению