Моделируем ум: Симуляция мыслительной деятельности
Не успели мы рассказать о создании компьютерной модели сложнейшего процесса фотосинтеза («Фотосинтез в суперкомпьютере
«), как появилось сообщение об еще более амбициозном проекте — разработке полной модели человеческого мозга. Новость поступила от группы швейцарских ученых во главе с Генри Маркрамом (Henry Markram), совместно с исследователями IBM уже более 2 лет работающих над проектом Blue Brain. Они обнародовали компьютерную симуляцию столба неокортекса — одного из самых сложных компонентов мозга млекопитающих и основного "блока", из которого составлена его кора. Работоспособная модель, по мнению ее создателей, показывает, что мозг млекопитающего целиком можно будет смоделировать в течение ближайших 3 лет, а человеческий мозг — лет через 10.
«Что мы делаем — это, по сути, "обратная инженерия" мозга», — рассказывает Генри Маркрам. Действительно, если инженер разрабатывает функциональные системы, оперируя отдельными ее компонентами, то в данном случае работа заключается в обратном: имея цельную систему, «разобрать» ее по винтику. Если ученым удастся воплотить свои задумки в действительность, они создадут прекрасный инструмент для нейрофизиологических исследований. Он поможет проводить эксперименты над мозгом и тестировать новые лекарственные препараты оперативно, дешево, а главное — не нуждаясь в использовании реальной мозговой ткани.
Сама модель столба неокортекса была закончена еще в прошлом году, однако ученым потребовалось изрядно времени на проведение необходимых проверок, сравнивая результаты работы модели с данными биологических исследований. Тестированием они оказались удовлетворены: модель показала достаточную точность, чтобы исследователи могли переключиться на другие области мозга.
Проект начался с создания модели 10 тыс. работающих нейронов, соединенных 30 млн. синаптических связей — такой объем имеет столб неокортекса крысы. Эта гетерогенная структура, включающая множество разных типов синапсов и ионных каналов. Ученые собрали воедино данные 15-летних исследований морфологии, генной экспрессии, изучения ионных каналов, синапсов, электрофизиологических свойств этой мозговой структуры. Им пришлось разработать особое программное обеспечение, которое обрабатывало эту информацию и воссоздавало точную трехмерную модель нейронов и их взаимосвязей.
Модель тестировалась приложением к ней определенных внешних стимулов, после чего ученые анализировали поведение смоделированных нейронов и сравнивали его с данными «натурных» экспериментов. В некоторых случаях им самим пришлось ставить соответствующие опыты — на это, по словам Маркрама, работала примерно треть его команды из 35 специалистов. Постепенно модель уточнялась — до тех пор, пока аккуратность ее предсказаний не удовлетворила экспериментаторов.
Впрочем, некоторые специалисты смотрят на деятельность проекта Blue Brain и на его перспективы более скептически. Американский коллега Генри Маркрама, Кристоф Кох (Christof Koch), который еще в 1989 г. создал модель работы структуры из 10 тыс. нейронов (хотя намного более простую, чем новая), замечает, что ни одно из исследований, проведенных в рамках создания модели, не было опубликовано в научной прессе. «Создание полной модели — процесс постепенный, эволюционный, — считает он, — а не революционный». А проект по полному моделированию человеческого мозга в течение 10 лет и вовсе относит к области невероятного.
Действительно, даже крысиный мозг на порядки сложней модели, о которой сообщили швейцарцы — он содержит около 200 млн. нейронов — а уж модель человеческого мозга и вовсе должна будет включать от 50 до 100 млрд. нейронов. А это, как говорится, две большие разницы. Кстати, от веса самого мозга разумность вовсе не зависит — это было показано на дельфинах («Глупый крупный мозг»), дополнительный вес мозга которых не позволяет ему переохлаждаться.
По информации MIT Technology Review