Forskare i Schweiz har kommit ett stycke på vägen mot att bygga en konstgjord hjärna. De har ner till minsta molekyl simulerat hjärnans struktur hjälp av superdatorer.
Det är forskare på tekniska högskolan i Lausanne i Schweiz som driver projektet i samarbete med IBM. Projektet kallas för Blue Brain, en tydlig anspelning på IBMs superdatorer med namn som Blue Thought och Blue Gene.
Resultatet visades nyligen upp på konferensen European Future Technologies i Prag. Forskarna har rekonstruerat den yttre hjärnbarkens, neocortex, sex lager.
Små grå. En del av IBMs superdator Blue Gene som är grunden för Blue Brain.
Syftet är inte primärt att bygga ett slags dator, utan att utforska hjärnans funktion och struktur genom att efterlikna den så noggrant som möjligt.
– Jag ville göra en modell av hjärnan eftersom vi inte förstår den. Bästa sättet att räkna ut hur något fungerar är att bygga det från grunden, säger projektledaren Henry Markham till tidskriften Seed.
Kopplingar. Datorgenererad bild av synapserna i den simulerade hjärnbarken i Blue Brain.
Han är missnöjd med hur hjärnforskare hittills har försökt återskapa funktioner i hjärnan:
– De är inte tillräckligt intresserade av biologi, säger han till Seed:
– I de flesta fall så börjar de med en hjärnfunktion som de vill göra en modell av, och sedan försöker de får en dator att efterlikna den funktionen. Problemet är att om du ber hundra datorbyggande hjärnforskare att bygga en fungerande modell så får du hundra olika modeller.
Syntetisk nerv. Blue Brains visualisering av en nervcell.
Att syftet är förståelse utesluter inte att den simulerade hjärnbarken kan sättas i arbete:
Henry Markham tänker sig att konstruktionen byggs in i en simulerad varelse som släpps loss i en virtuell miljö:
– Den börjar lära sig saker och börjar minnas saker. Vi kommer att kunna se när den återkallar ett minne, och varifrån den hämtar minnet, för vi kommer att kunna spåra varenda aktivitet för varje molekyl, varje cell och varje koppling och se hur minnet bildas, säger Henry Markham i en intervju med BBC.
Neocortex är den senast utvecklade delen av hjärnan och den finns bara hos däggdjur. Det är i neocortex som de avancerade mentala processerna pågår. Det är en invecklad struktur med sex lager av nervceller. Hos människor och vissa andra däggdjur är neocortex veckad, vilket innebär att den har stor yta i förhållande till hela hjärnans storlek. Hos andra däggdjur är neocortex slät.
Betydelsen av neocortex för intelligensen är omdiskuterad, eftersom vissa fåglar obestridligen är mycket intelligenta, trots att fåglar saknar neocortex.
Tydligen går det att uppnå intelligent beteende utan neocortex, men för oss själva och andra däggdjur är den delen av hjärnan uppenbarligen grundläggande för intelligensen.
Den simulerade hjärnbarken är rätt oansenlig – tiotusen nervceller med trettio miljoner kopplingar (synapser) mellan varandra.
Men det är tillräckligt mycket för att hålla fyra kylskåpsstora datorer sysselsatta. De gör tillsammans över tjugo tusen miljarder räkneoperationer i sekunden.
Till det kommer en kraftfull dator från SGI som enbart sysslar med att göra om räkneresultaten till bilder.
Detta ska jämföras med den biologiska förebilden.
Det som simuleras är en liten bit av hjärnbarken från en råttunge. Biten är en halv millimeter i diameter och två millimeter lång.
Biologins effektivitet när det gäller utrymmeskrav och energiförbrukning är alltså svår att bestrida.
Nu kompliceras simuleringen förstås av att forskarna inte bara vill att Blue Brain ska göra saker, den ska dokumentera och rapportera allt som den gör också.
Redan från början har forskarna försökt stimulera den konstgjorda hjärnbarken.
De har matat in impulser som liknar de impulser som en nyfödd råttas hjärna får ta emot. Resultatet blev över förväntan.
De simulerade hjärncellerna började bete sig som riktiga nervceller. Det uppstod synkroniserade beteenden och mönster som inte var förprogrammerade.
– Det var helt och hållet spontant, säger Henry Markham.
Utmaningen är att förstå hur hjärnan kan lära sig saker och komma ihåg saker. Den tycks ju programmera sig själv – fast gränsdragningen mellan program och hårdvara är svår att tillämpa. Snarast är det så att hjärnan programmerar sig själv genom att bygga om sig – den skapar nya kopplingar mellan hjärnceller.
Målet för forskningen är att bygga en komplett hjärna.
– Modellen är skalbar, det har vi redan visat, säger Henry Markham:
– Begränsningen ligger i datorerna.
För att bygga en simulerad människohjärna skulle man, enligt Markhams beräkningar, behöva 500 petabyte. Peta i petabyte står för en etta följd av femton nollor. En petabyte är alltså en miljon gigabyte. 500 petabyte är 200 gånger så mycket information som det finns på alla Googles servrar.
Det tar kanske några år innan så mycket ryms i några kylskåpsstora datorer på ett laboratorium. Tio år är Markhams gissning.
En simulerad råtthjärna kan komma tidigare.
Helst ska den byggas in i en liten mekanisk robot, så att den kan röra sig och utforska omvärlden.
Kroppen är central för hjärnans utveckling. Strikt talat är det ju inte hjärnan som har en kropp, det är kroppen som har en hjärna. Och en stor del av hjärnans aktiviteter går ut på att hindra kroppen från att ramla omkull och från att stöta ihop med saker.
Samtidigt är ju intelligenta varelser, även råttor, inte robotar:
– Vad vi egentligen vill ha, säger Henry Markram, är en robot som är lite grann oförutsägbar, en som inte bara gör som den blir tillsagd.
Blue Brain är ett projekt som drivs av Brain Mind Institute och tekniska högskolan i Lausanne i Schweiz i samarbete med IBM.
Syftet är att göra en simulering av hjärnan från grunden.
Simuleringen körs på en superdator av typ Blue Gene från IBM.
Förebilden är en bit av hjärnan från en råttunge, motsvarande mindre än en kvadratmillimeter av yttre hjärnbarken.
Målet är att simulera neocortex, den yttre hjärnbarken, som hos människor är den struktur där de högre tankeprocesserna äger rum.
