Вчені створили працюючий мозок у компʼютері
Цифровий мозок такого типу може суттєво допомогти сучасній медицині
Вчені створили працюючий мозок у компʼютері / Фото: Freepik
На японському суперкомп’ютері Fugaku змоделювали роботу кори головного мозку миші у цифровому форматі. Система відтворює активність приблизно десяти мільйонів нейронів і мільярдів зв’язків між ними, через які проходять електричні сигнали, як у справжньому мозку. Дослідники можуть зупиняти модель, повертатися до потрібного моменту, змінювати налаштування і запускати процес знову. Це дає змогу одночасно спостерігати, що відбувається в 86 ділянках кори, і детально аналізувати, як формуються реакції та обробляється інформація. При цьому тварину не потрібно торкатися або піддавати будь-яким маніпуляціям, адже вся робота відбувається всередині комп’ютерної симуляції.
Це стало можливим завдяки потужності Fugaku, який може виконувати до 400 квадрильйонів обчислень за секунду. Вчені кажуть, що тепер технічно реально відтворити повну кору головного мозку миші на одному з найшвидших комп’ютерів світу і зробити це настільки детально, щоб модель повторювала електричну поведінку окремих клітин. Для побудови симуляції команда взяла докладні біологічні карти Інституту Аллена й відтворила кору шар за шаром, з урахуванням різних типів клітин і їхніх зв’язків, після чого запустила цю систему на Fugaku. Окремо підготували спеціальні візуалізації, які дають змогу роздивлятися роботу моделі на мікрорівні, аж до окремих синапсів, і бачити, як саме нейрони передають сигнали.
У цьому проєкті важливий не лише масштаб. Модель відтворює реальну будову кори, тобто які саме типи клітин у ній є, як вони з’єднані між собою і як разом формують активність. Найпрактичніше застосування цієї симуляції пов’язують із дослідженням хвороб мозку. На ранніх етапах, наприклад при хворобі Альцгеймера чи епілепсії, у корі можуть непомітно змінюватися окремі елементи мережі, зникати певні типи клітин або перебудовуватися зв’язки між ними. У цифровій моделі ці зміни можна спеціально відтворити й подивитися, як саме вони впливають на роботу всієї системи. Навіть малі зрушення, які ще не проявляються зовні, у симуляції видно чіткіше, тому вчені можуть відрізнити справді важливі зміни від другорядних і зрозуміти, що потенційно може стати ранньою ціллю для лікування. Саме цей медичний, прикладний напрям зараз і називають основним.
Паралельно робота виходить за межі суто медицини й порушує питання про те, як мозок створює сприйняття та ідеї й чи можна колись наблизитися до розуміння усвідомленості. Автори вважають, що біологічно точні симуляції з часом можуть допомогти досліджувати такі механізми, бо платформа вже здатна відтворювати певні патерни сигналів і перевіряти, що саме ними керує. Наступний крок, на який розраховують, це моделі з безперервною внутрішньою активністю, яка триває сама по собі, незалежно від зовнішніх подразників. Це дозволило б тестувати, що потрібно мережі нейронів, аби стабільно працювати на “власному імпульсі” та пам’яті.
Саме тут виникає найгостріша дискусія про те, чи обов’язково розуму потрібна біологічна основа, чи кремнієве середовище теж може бути достатнім. Один із дослідників припускає, що “мисляча” сутність теоретично може існувати на апаратному забезпеченні, адже йдеться про фізичні процеси, і він не знає законів природи, які б вимагали, щоб вони виникали лише в живій тканині. Водночас звучить важливе застереження: за деякими теоріями різні типи обладнання можуть імітувати однакову активність, але лише частина архітектур здатна породжувати свідомість. Тобто справа не тільки в тому, щоб повторити ритми сигналів, а й у тому, який саме фізичний механізм стоїть за цими ритмами та чи має система правильну причинно-наслідкову структуру.
Критики наголошують, що найбільша слабка ланка цієї історії в тому, що досі немає надійного способу виміряти свідомість. Не існує тесту, який міг би однозначно довести, що система щось “переживає”, а навіть поведінка чи слова не завжди є гарантією внутрішнього досвіду. Паралельно ставлять під сумнів ідею, що можна створити справді повну модель кори без підкірки та тіла, тим більше що є дані, які натякають, що досвід може зберігатися навіть без найновіших коркових структур. Окремо згадують і те, що в моделі поки бракує важливих біологічних елементів, зокрема пластичності, тобто змін нейронів під впливом досвіду, та нейромодуляції, хімічної системи, яка тонко налаштовує роботу мозку.
У відповідь прихильники підходу визнають ці обмеження, але підкреслюють, що симуляція дає рівень доступу, якого майже неможливо досягти в експериментах на живих тваринах. Тут можна бачити всю картину, зупиняти процес у потрібний момент, повертатися назад і перевіряти різні сценарії.
Те, що зазвичай опиняється у смітті, може отримати несподівано корисне продовження. У шотландській лабораторії вчені показали процес, у якому хімічні речовини, отримані з пластикових пляшок, перетворюються на парацетамол.
Ще новини на схожу тему, які можуть зацікавити:
Не пропустіть цікавинки!
Підписуйтесь на наші канали та читайте новини у зручному форматі!
