Σχέδιο ψηφιακής προσομοίωσης του εγκεφάλου

Posted on 11/11/2012

0


Επιμέλεια: Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ –  rizospastis.gr  – Scientific American

Η αναγωγική βιολογική εξέταση του εγκεφάλου, δηλαδή η μελέτη μεμονωμένων τμημάτων του, νευρωνικών κυκλωμάτων και κρίσιμων για τη λειτουργία του μορίων, έχει αποδώσει πολλά στην κατανόησή του, αλλά από μόνη της δεν μπορεί να περιγράψει τη συνολική εικόνα της λειτουργίας αυτού του μοναδικού οργάνου. Αρκετοί επιστήμονες θεωρούν ότι χρειάζεται και να συνθέσουμε, πέρα από το να ανατμήσουμε. Η σύνθεση μιας πλήρους προσομοίωσης του ανθρώπινου εγκεφάλου, με τη μορφή υπολογιστικού μοντέλου, είναι ο στόχος του Προγράμματος Ανθρώπινου Εγκεφάλου (HBP), που έχει ήδη κάνει τα πρώτα βήματα, προσομοιώνοντας προς το παρόν τον εγκέφαλο των αρουραίων. Στο HBP συμμετέχουν 130 πανεπιστήμια απ’ όλο τον κόσμο, αλλά υπάρχουν και άλλες πέντε ανάλογες πρωτοβουλίες, που διεκδικούν τη χρηματοδότηση με 1 δισ. ευρώ, που έχει αποφασίσει η ΕΕ να δώσει σταδιακά, ξεκινώντας από το Φλεβάρη του 2013.

Ο εικονικός εγκέφαλος θα ήταν κάτι σαν προσομοιωτής πτήσης τεραστίων δυνατοτήτων, με τη διαφορά ότι αντί για εικονικές πτήσεις θα επέτρεπε εικονικά ταξίδια μέσα στον εγκέφαλο. Οι ερευνητές θα «έκλειναν» χρόνο χρήσης του (όπως κάνουν σήμερα οι αστρονόμοι στα μεγάλα τηλεσκόπια των αστεροσκοπείων στη Χιλή, στη Χαβάη και αλλού) για να ελέγξουν θεωρίες για την υγιή και παθολογική λειτουργία του εγκεφάλου, να αναπτύξουν διαγνωστικά τεστ για τον αυτισμό και τη σχιζοφρένεια και νέες θεραπείες για την κατάθλιψη και τη νόσο Αλτσχάιμερ. Το σχέδιο για δεκάδες τρισεκατομμύρια νευρωνικά κυκλώματα ίσως θα ενέπνεε την κατασκευή υπολογιστών και ρομπότ με πραγματική τεχνητή νοημοσύνη. Σήμερα, παρά τις προόδους, οι υπολογιστές δυσκολεύονται στην οπτική αναγνώριση και την πρόβλεψη που βασίζεται σε ελλειπή δεδομένα.

Υπερυπολογιστές αρουραίοι

Οι πιο σύγχρονοι σημερινοί υπερυπολογιστές έχουν τη δυνατότητα πραγματοποίησης τετράκις εκατομμυρίων υπολογισμών ανά δευτερόλεπτο και αποτελούνται από εκατοντάδες χιλιάδες επεξεργαστές, που είναι τοποθετημένοι σε δεκάδες ικριώματα, μεγέθους μεγάλου ψυγείου. Είναι επαρκείς για την προσομοίωση σε κυτταρικό επίπεδο του εγκεφάλου του αρουραίου, που έχει 200 εκατομμύρια νευρώνες, αλλά όχι του εγκεφάλου του ανθρώπου, που διαθέτει 89 δισεκατομμύρια νευρώνες. Για μια τέτοια προσομοίωση απαιτείται υπερυπολογιστής με δυνατότητα πεντάκις εκατομμυρίων υπολογισμών (1 με 18 μηδενικά), αλλά και πάλι δεν θα μπορεί να πραγματοποιήσει την προσομοίωση σε μοριακό επίπεδο. Εκτιμάται ότι η κατανάλωσή του θα είναι 20 μεγαβάτ, δηλαδή όσο μιας μικρής πόλης, όταν η κατανάλωση ενέργειας του εγκεφάλου είναι 20 βατ, δηλαδή ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη.

Οι υποστηρικτές του HBP, εφόσον εξασφαλίσουν τους απαραίτητους οικονομικούς πόρους, σκοπεύουν να παραγγείλουν την κατασκευή ενός μηχανήματος, που όχι μόνο θα έχει την απαραίτητη υπολογιστική ισχύ, αλλά και θα είναι ειδικά προσαρμοσμένος για προσομοιώσεις βιολογικών συστημάτων. Παράλληλα, σκοπεύουν να αναπτύξουν λογισμικό που θα επιτρέπει τη δημιουργία ενοποιημένων μοντέλων, από το χαμηλότερο έως το ψηλότερο επίπεδο ανάλυσης, έτσι ώστε να μπορούν να κάνουν ζουμ σε όλα τα επίπεδα, στο μοριακό, στο κυτταρικό και συνολικά στο εγκεφαλικό.

Εικονικά βιολογικά πειράματα

Στον υπολογιστή αυτό, θα κάνουν «βιολογικά» πειράματα, ανάλογα με εκείνα που κάνουν σήμερα σε πραγματικούς βιολογικούς οργανισμούς, με τη διαφορά ότι τα πειράματα αυτά θα μπορούν να γίνονται πολύ πιο γρήγορα και εύκολα, επιτρέποντας ενδελεχή διερεύνηση με οποιονδήποτε συνδυασμό συνθηκών, διερεύνηση που δεν είναι δυνατή με πραγματικά πειραματόζωα. Αυτή η δυνατότητα θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων, ώστε να διαπιστώνεται ποια απ’ αυτά επενεργούν θετικά (στον προσομοιωμένο εγκέφαλο και εφόσον έχει αποτυπωθεί σωστά σε αυτόν η παθολογική κατάσταση που ερευνάται), ποια είναι αναποτελεσματικά και ποια έχουν απαράδεκτες παρενέργειες. Βεβαίως, υπάρχουν σοβαρές αμφιβολίες κατά πόσο μπορεί να μελετηθεί μια ψυχική αρρώστια με τέτοιο τρόπο, όταν για πολλές απ’ αυτές δεν έχουμε πλήρη εικόνα των αιτίων που τις προκαλούν στους πραγματικούς ανθρώπους.

Οι υποστηρικτές του HBP θεωρούν ότι η μελέτη του προσομοιωμένου εγκεφάλου θα μπορούσε να βοηθήσει στη σχεδίαση πιο αποδοτικών και σταθερών υπολογιστών, που θα καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Το HBP θα τυπώσει νευρωνικά κυκλώματα, βασισμένα στην τεχνολογία των ευρωπαϊκών προγραμμάτων BrainScaleS και SpiNNaker, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή νευρομορφικών υπολογιστών.

Χωρίς παιδική ηλικία

Οπως παραδέχονται οι σχεδιαστές του, από τον προσομοιωμένο εγκέφαλο θα λείπει ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό του ανθρώπινου εγκεφάλου: Δε θα έχει αναπτυχθεί όπως αναπτύσσεται ο εγκέφαλος ενός παιδιού μέσα από την αλληλεπίδραση με το φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον. Το κρίσιμο τεστ θα είναι όταν συνδεθεί με μια αναπαράσταση σώματος και τοποθετηθεί σε ένα ρεαλιστικό εικονικό περιβάλλον. Τότε θα μπορέσει για πρώτη φορά να πάρει πληροφορίες από το περιβάλλον και να επενεργήσει σε αυτό. Μόνο μετά από τη φάση αυτή οι ερευνητές θα τον διδάξουν δεξιότητες και θα κρίνουν αν εμφανίζει πραγματικά νοημοσύνη.

Θα μπορούσε να αναρωτηθεί κανείς: Ακόμα κι αν υποθέσουμε ότι ο ψηφιακός «εγκέφαλος» θα συμπεριφέρεται ανάλογα με τον ανθρώπινο, τι νόημα έχει η κατασκευή μηχανής με νοητικές δυνατότητες σαν αυτές που διαθέτουν δισεκατομμύρια άνθρωποι; Η διαφορά και το πλεονέκτημα είναι ότι μαζί με τη νοημοσύνη θα συνδύαζε τη δυνατότητα πραγματοποίησης υπολογισμών ένα εκατομμύριο φορές περισσότερων απ’ ό,τι ο υπολογιστής Ντιπ Μπλου, που νίκησε τον παγκόσμιο πρωταθλητή σκακιού. Πεδίο δόξης λαμπρό σε στρατιωτικές, οικονομικές και, ποιος ξέρει, τι άλλες εφαρμογές. Θα συνδύαζε παραπέρα τη δυνατότητα αξιοποίησης βάσεων δεδομένων και πληροφόρησης από εκατομμύρια πηγές πληροφόρησης (διαδίκτυο) και αισθητήρες σε όλο τον κόσμο. Ποιος χρειάζεται τέτοιου είδους τεχνητή νοημοσύνη γενικά και ιδιαίτερα στο σημερινό κόσμο της εκμετάλλευσης και της καταπίεσης; Δικαιολογούν τα οφέλη που υπόσχονται οι ερευνητές που προωθούν το HBP τους πιθανούς κινδύνους από μια ανεξέλεγκτη μετεξέλιξή του;

Ανθρώπινη νοημοσύνη;

Ας αφήσουμε προς το παρόν ερωτήματα και προεκτάσεις σαν τις παραπάνω στην επιστημονική φαντασία, που άλλωστε τις έχει πραγματευτεί εκτεταμένα. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν υπάρχει ούτε μια στιγμή έξω από το ανθρώπινο σώμα. Αναπτύσσεται και διαμορφώνεται σε άρρηκτη σχέση με αυτό. Η διαμορφωμένη ανθρώπινη συνείδηση δεν μπορεί να ζήσει πλήρως ξεκομμένη από το ανθρώπινο σώμα, τα ερεθίσματα που της προσφέρει και τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον. Δεν είναι δυνατόν να αναπτυχθεί νοημοσύνη σαν την ανθρώπινη, έξω από το σώμα, χωρίς τις ψυχοκινητικές δραστηριότητες που εκδηλώνονται σε ένα παιδί και την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον, με τις αισθήσεις και τα μέσα που έχει στη διάθεσή του. Ακριβώς μέσα από αυτή τη διαδικασία αρχίζει να αντανακλάται η φυσική πραγματικότητα στην ανθρώπινη συνείδηση.

Νοημοσύνη ίσως μπορεί να αναπτυχθεί με τους όρους του Προγράμματος Ανθρώπινου Εγκεφάλου, δεν θα είναι όμως ανθρώπινη. Πολύ περισσότερο δεν μπορεί να αναπτυχθεί ανθρώπινη συνείδηση έξω από τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις. Παιδιά που μεγάλωσαν μακριά από ανθρώπους και όταν εντοπίστηκαν συμπεριφέρονταν σαν ζώα (με την κυριολεκτική έννοια), δείχνουν ότι αυτό που κάνει τον άνθρωπο δεν βρίσκεται τόσο στα γονίδια, όσο στην κοινωνία. Τα γονίδια δημιουργούν το υπόβαθρο για να οικοδομηθούν οι βασικές λειτουργίες της συνείδησης σε αλληλεπίδραση με το φυσικό περιβάλλον και οι ανώτερες λειτουργίες της σε αλληλεπίδραση με το κοινωνικό περιβάλλον.

Ετικέτα: