Один из самых мощных компьютеров Земли будет исполнять функции человеческого мозга два года. В результате сверхскоростную машину уменьшат до размеров микрочипа, затем из миллионов таких чипов создадут квазисознание
В Политехнической школе Лозанны (EFPL) начался масштабный эксперимент по моделированию человеческого мозга. В июне Институт мозга EFPL на два года арендовал у IBM суперкомпьютер Blue Gene, и сейчас идут первые тесты программ, имитирующих нервную деятельность. Blue Gene — восьмая в мире по скорости и самая мощная из машин, когда-либо участвовавших в подобных экспериментах. Строго говоря, это первый случай, когда для моделирования мозга привлекается суперкомпьютер.
НЕРВНЫЕ СВЯЗИ
— Проект называется Blue Brain, и главная его цель — детально разобраться в том, как работает мозг млекопитающих и человека. Это действительно первый эксперимент подобного рода, — говорит доктор Генри Маркрам, руководитель проекта. — Blue Gene имеет 8000 процессоров. Они будут имитировать 10 000 нервных клеток — нейронов, связанных между собой. Большинство процессоров смоделируют всего по одному нейрону, со всеми его многочисленными связями. Некоторые же процессоры вместят по два нейрона. Это будут менее важные нервные клетки, у которых связей меньше.
Нельзя сказать, что мы должны получить искусственный разум по образу человеческого. мы ведь не знаем, что такое сознание |
В конечном итоге 8000 процессоров Blue Gene должны так взаимодействовать между собой, как будто это участок коры головного мозга, под названием «колонка неокортекса». Мозг на 80% состоит из таких колонок, и они устроены примерно одинаково: 10 000 нервных клеток столбиком, соединенные между собой отростками. По этим отросткам, как по проводам, нервные клетки передают друг другу электрические сигналы. То есть элементарные мысли. Поэтому колонку можно назвать «единицей ума». В ней мозг производит простые вычисления. Как это точно работает, не знает никто (для того и строят модель, чтобы узнать), но по принятым представлениям должно быть примерно следующее. Допустим, нужно вам определить, кто из знакомых перед вами. От глаз идут электрические импульсы в мозг, поступают на множество колонок. Какие-то из них определяют, круглый предмет или квадратный (то есть человек ли вообще), какие-то — форму глаз, ушей, носа, обращаются к другим участкам мозга, чтобы сопоставить… Это очень грубая схема, так как колонки дробят изображение на более мелкие подробности. И все время обмениваются информацией между собой. В голове у человека несколько миллионов таких единиц мышления.
— Мы хотим воспроизвести работающую колонку, — говорит доктор Маркрам. — Реальную колонку мы можем посмотреть под микроскопом, вплоть до активности отдельных клеток. А работу нашей виртуальной — просто вывести на экран монитора. Эксперименты поведем параллельно. Сначала построим колонку крысы. Потом будем посылать определенные электрические сигналы реальному крысиному мозгу, и нашему суперкомпьютеру.
И сравнивать.
Два года исследователи будут перестраивать связи между процессорами, симулирующими «нейроны». Успешным построением будет такое, когда электрическая активность реального мозга не будет отличаться от мозга компьютерного. Естественно, никто не собирается перепаивать провода между процессорами, их просто будут перепрограммировать на новые сочетания друг с другом. Говорят, мозг во время обучения делает то же самое — постоянно меняет связи между нейронами. И таких связей искусственному мозгу предстоит создать около 100 млн.
При успехе исследователи из Лозанны собираются пойти еще дальше — воссоздать мозг целиком. Способ предлагается такой. Зафиксировать те связи между процессорами, которые были получены с помощью программ, а потом все это перенести на микрочип. Затем постепенно объединять чипы во все более сложные структуры, проводить такие же исследования — сравнивать работу уже отделов мозга с работой машины. Опять копировать на чип — и так далее, до получения в одной машине полной модели мозга.
Возникает естественный вопрос: а зачем все это вообще нужно?
— Когда у нас все получится, — говорит Маркрам, — мы сможем понять, как мозг запоминает, как обучается. В какие места складывает информацию. И в конце концов, я надеюсь, мы поймем, как работает мозг в целом.
Во-вторых, создание чипа по образу реальной мозговой структуры может дать нам мощную компьютерную архитектуру. Возможно, это путь к искусственному интеллекту.
Итак, цели заявлены — изучение мозга естественного и создание искусственного. Впрочем, про вторую цель исследователь говорит очень осторожно:
— Сейчас рано об этом думать.
И нельзя сказать, что мы должны получить искусственный разум по образу человеческого. Мы ведь не знаем, что такое сознание. Это может быть чем-то очень простым или чем-то очень сложным. Если это что-то простое, то такая конструкция, которая имитирует мозг с точностью до клеток, может обладать сознанием.
МОЗГ БЕЗ БИОХИМИИ
— Мозг смоделировать нельзя, — говорит Сергей Савельев, завотделом эмбриологии НИИ морфологии человека РАМН. — Потому что нельзя посадить по китайцу с паяльником у каждого виртуального нейрона, чтобы перепаивать каждые два-три дня контакты. Нервные клетки ведь постоянно перестраивают свои связи. Протягивают новые отростки к одним соседям, убирают от других. В этом и заключается жизнь мозга, так он и работает — запоминает, обучается. Можно создать модель одного момента. В ней будут бегать электроны, как в живом препарате, но работать такая модель не будет. Кроме того, есть еще одна причина, почему я считаю такие эксперименты некорректными. Контакты между нервными клетками — не электрические, а химические. Пока сигнал бежит по волокну — он электрический, вполне однозначный. Но когда он доходит до конца и передается на другую клетку, то может разделяться на десятки и сотни разных сигналов. Нельзя упрощать до электрических связей.
Савельев, один из лучших мировых специалистов по морфологии и развитию мозга, как всегда, прав. В Лозанне в общем-то тоже понимают, что мозг неизмеримо сложнее предложенной схемы. И если уж воссоздавать его — то вплоть до молекул, до контактов между клетками. Отступать там не собираются, а хотят, наоборот, на втором этапе добраться до этих молекул и ввести программы «живых» виртуальных нейронов — со всеми сложностями их устройства. Это чудовищная по сложности работа, и пока нет даже компьютера достаточной мощности, чтобы эти сложности воспроизвести. Вообще, сопоставление мозга и машин — пока явно не в пользу последних. Ведь для имитации, и то неточной, одной небольшой структуры мозга потребовался один из лучших мировых компьютеров. А у нас таких структур — миллионы.
Тем не менее многие специалисты считают, что такие проекты очень нужны. Эксперимент в Лозанне может выполнить одну очень важную задачу — перекрыть ту пропасть, которая сейчас существует между нашими знаниями о нервных клетках и о мозге в целом.
| Сопоставление мозга и машин — пока явно не в пользу последних. ведь для имитации, и то неточной, одной небольшой структуры мозга потребовался один из лучших мировых компьютеров |
— Модели мозга можно условно разделить на два класса, — говорит Вадим Рощин, сотрудник лаборатории математической нейробиологии обучения Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. — В первом случае пытаются максимально подробно смоделировать базовые структуры мозга — отдельные нервные клетки или их группы. Такие модели кроме исследовательских целей имеют большое практическое значение — например, для фармакологии: испытывать на компьютерной модели действие лекарств. Это уровень не фантастический, сейчас уже делаются подобные работы. Один из наиболее продвинутых проектов такого типа разрабатывается как раз в Лозанне. Настолько мощных компьютеров к этим работам до сих пор не привлекали. При всей ценности таких моделей надо отдавать себе отчет, что их использование мало приближает нас к пониманию высших функций мозга. Таких, как сознание и мышление. Для исследования того, как мы думаем, как осознаем окружающий мир, обычно применяются другие модели. Они менее детализированы. В них исследуются информационные потоки и принципы обработки информации в структурах мозга. Например, на уровне связи между колонками.
Рощин со своим шефом Александром Фроловым, к примеру, создали модель того, как мозг управляет движением рук.
В простом движении рукой слева направо участвуют десятки миллионов нейронов. Попытка смоделировать это ни к чему не приведет — невозможно исследовать все их связи. А тем более невозможно воспроизвести на самом мощном компьютере. Зато известно, какие области мозга возбуждены при движении руки. Эти карты довольно подробные — для разных положений руки, поворотов. Их и заложили в модель.
— У нас создана модель примитивного организма, который ничего не знает о мире — как новорожденный. Ему нужно научиться управлять многозвенной рукой, — говорит Рощин. — Похожей в общих чертах на человеческую.
Что такое мозг новорожденного человека? Это вычислитель, сидящий в «черном ящике» черепной коробки.
У него нет никакой информации, кроме той, которая приходит по нервам от датчиков — глаз, мышц, кожи, ушей. И вот этому вычислителю нужно управлять телом, не зная изначально ничего об окружающем мире. И он начинает тыкаться и выстраивать нервные клетки правильным образом. Ребенок учится, нейроны выстраивают связи.
Компьютерный «младенец» из Института ВНД делает то же самое. Сначала совершает хаотические движения. Потом постепенно учится, создает свое представление о внешнем мире и в итоге довольно точно управляет рукой. На основе такой программы можно составить алгоритм обучения робота. Но движения этого робота будут не такие точные, как при жестко заданной программе.
К тому же такого робота еще придется учить. Так что модель чисто исследовательская.
— Разумеется, мы не можем сказать, что в мозге именно так все устроено, как в наших моделях, — говорит исследователь. — Но есть хороший принцип: если такая модель научается чему-то более сложному, чем в нее непосредственно заложено, значит, мы создали что-то похожее на мозговую деятельность. Например, мы учили модель двигаться из точки в точку, а она потом способна воспроизводить более сложные движения. Все это сильно упрощенное, без деталей. Но наши программы мы запускаем на обычном персональном компьютере. И этого достаточно. Я считаю, что для глобального поведения подробная детализация мозга не так важна.
НЕСОЗНАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
Вторая задача лозаннского эксперимента — попробовать создать действующий разум — интригует сильнее, чем задача в разуме разобраться. Впервые вопрос «Могут ли машины мыслить?» задал в 1950 году Алан Тьюринг в одноименной статье. В ней он предложил простой способ, по которому мы можем отличить мыслящее существо от неразумного. Способ следующий. Допустим, мы сидим в комнате и разговариваем с кем-то, кто находится в другой комнате. Изначально нам неизвестно, кто там — человек или машина. И вот, если в соседней комнате машина, которую мы не можем отличить по разговору от человека, значит, она мыслит и искусственный интеллект создан.
Следует признать, что сейчас этот вопрос потерял смысл: искусственный интеллект уже внедрился в нашу постиндустриальную жизнь.
— Сейчас студент может написать программу, которая будет вести с вами диалог на любые темы. И вы не отличите, с кем имеете дело — с машиной или человеком, — говорит профессор Геннадий Осипов, президент Российской ассоциации искусственного интеллекта. — Кроме того, есть целый ряд задач, с которыми обучающиеся программы справляются лучше человека. Компьютер может, например, посадить самолет или регулировать распределение электроэнергии. Кстати, если бы была приличная экспертная система на пульте Москвы во время майского кризиса, то отключений скорее всего удалось бы избежать. Это как раз та область, где машина сильнее человека.
Нервная система изощренно изменчива. но по быстродействию сильно уступает примитивным персональным компьютерам |
Сегодня искусственный интеллект — это уже признанное направление научных исследований. С его помощью решают очень трудные задачи, у которых изначально неизвестен способ решения. Он, этот способ, появляется в процессе действий машины. Даже обычный персональный компьютер может выполнять многие функции, которые мы считаем разумными. Если бы 20 лет назад кому-нибудь показали программу распознавания речи или текста, то он бы сказал, что такого быть не может. Но строятся интеллектуальные программы на принципах, чаще всего отличных от действий живого мозга.
Локальная организация мозга связана как раз с несовершенством природного материала.
— Нервная система изощренно изменчива, — говорит Рощин. — Но по быстродействию сильно уступает примитивным персональным компьютерам. Природа сделала систему, которая обязана не только решать задачи, но еще и выживать. Клетка ведь должна прожить долго и при этом сама питаться.
Так что машинный интеллект уже есть, а вот с искусственным разумом по-прежнему непонятно. Главная причина — неопределенность самого понятия «сознание», как правильно отметил доктор Маркрам. Трудно говорить о разуме, когда не знаешь, что это такое. И здесь такие подходы, как тупое копирование, как раз могут сработать — вдруг мы на другой элементной базе, нежели органическая, сумеем создать нечто с желаниями, волей, поведением.
— В чисто исследовательских целях было бы интересно воссоздать для машины условия, в которых растет человек. Но кто на это даст денег? — говорит Осипов. — Не думаю, что это первоочередная задача — моделировать человеческий интеллект вообще. Ну зачем моделировать глупость, например? А человек сплошь и рядом так себя ведет. Или мотивацию. Кто будет учить машину мотивировать свои действия? И, главное, что за мотивация должна быть у машины?
Пришли мы к тому же, к чему в свое время Лев Николаевич, — к вопросу о свободе воли. Компьютером командует человек. Можно построить компьютер, который будет решать очень сложные задачи, но сами задачи будем ставить ему мы. А кто ставит задачи нам? И есть ли свобода воли у человека?
Лозаннский эксперимент продолжать, конечно, и нужно, и очень интересно. А мы посмотрим, могут ли машины мыслить. И можем ли мыслить мы.