Нашата мисия е да създадем един подробен, реалистичен компютърен модел на човешкия мозък. През последните четири години правихме изпитания на концепцията върху една малка част от мозъка на гризач, и с тези изпитания на концепцията сега увеличаваме мащаба на проекта, за да достигнем човешкия мозък.
Our mission is to build a detailed, realistic computer model of the human brain. And we've done, in the past four years, a proof of concept on a small part of the rodent brain, and with this proof of concept we are now scaling the project up to reach the human brain.
Защо го правим? Има три важни причини. Първата - жизненоважно е за нас да разбираме човешкия мозък, ако искаме да се справяме в обществото, и мисля, че това е ключова стъпка в еволюцията. Втората причина е, че не можем вечно да експериментираме с животни, а трябва да въплътим всичките си данни и всичките си познания в един работещ модел. Това е като Ноевия ковчег. То е като архив. А третата причина е, че има два милиарда души на планетата, засегнати от психически заболявания, а лекарствата, използвани днес, са в голяма степен емпирични. Мисля, че можем да намерим много конкретни решения, за това как да лекуваме заболяванията.
Why are we doing this? There are three important reasons. The first is, it's essential for us to understand the human brain if we do want to get along in society, and I think that it is a key step in evolution. The second reason is, we cannot keep doing animal experimentation forever, and we have to embody all our data and all our knowledge into a working model. It's like a Noah's Ark. It's like an archive. And the third reason is that there are two billion people on the planet that are affected by mental disorder, and the drugs that are used today are largely empirical. I think that we can come up with very concrete solutions on how to treat disorders.
Дори на този етап можем да използваме модела на мозъка, за да изследваме някои фундаментални въпроси касаещи работата на мозъка Тук, в ТЕД, за пръв път бих искал да споделя с вас как работим по една теория - съществуват много теории - една теория за това как работи мозъкът. Тази теория е, че мозъкът създава, изгражда, една версия за вселената. И проектира тази версия за вселената, като мехур, навсякъде около нас.
Now, even at this stage, we can use the brain model to explore some fundamental questions about how the brain works. And here, at TED, for the first time, I'd like to share with you how we're addressing one theory -- there are many theories -- one theory of how the brain works. So, this theory is that the brain creates, builds, a version of the universe, and projects this version of the universe, like a bubble, all around us.
Това, разбира се, е тема за философски спорове от векове. Но за пръв път можем наистина да работим по въпроса с мозъчна стимулация и да задаваме много систематични и точни въпроси, дали е възможно тази теория да е вярна. Причината, поради която луната е огромна на хоризонта, е просто защото мехурът на нашето възприятие не се разтяга на разстояние 380 000 километра. Свършва му пространството. Така че онова, което правим, е - сравняваме сградите вътре в мехура на нашето възпрятие, и вземаме решение. Вземаме решение, че е толкова голяма, макар и да не е толкова голяма,
Now, this is of course a topic of philosophical debate for centuries. But, for the first time, we can actually address this, with brain simulation, and ask very systematic and rigorous questions, whether this theory could possibly be true. The reason why the moon is huge on the horizon is simply because our perceptual bubble does not stretch out 380,000 kilometers. It runs out of space. And so what we do is we compare the buildings within our perceptual bubble, and we make a decision. We make a decision it's that big, even though it's not that big.
а това илюстрра факта, че решенията са ключовото нещо, което поддържа мехура на нашето възприятие. Те го поддържат жив. Без решения не можеш да виждаш, не можеш да мислиш, не можеш да чувстваш. Може би мислите, че обезболяващите действат, като ви потапят в някакъв дълбок сън, или като блокират рецепторите ви, така че да не усещате болка, но всъщност повечето обезболяващи не действат по този начин. Онова, което те правят, е да внасят шум в мозъка, така че невроните да не могат да се разбират взаимно. Те са объркани, и не можете да вземете решение. Затова, докато се опитвате да решите какво прави докторът, хирургът, докато насича тялото ви, той отдавна си е отишъл. Прибрал се е у дома и пие чай. (Смях)
And what that illustrates is that decisions are the key things that support our perceptual bubble. It keeps it alive. Without decisions you cannot see, you cannot think, you cannot feel. And you may think that anesthetics work by sending you into some deep sleep, or by blocking your receptors so that you don't feel pain, but in fact most anesthetics don't work that way. What they do is they introduce a noise into the brain so that the neurons cannot understand each other. They are confused, and you cannot make a decision. So, while you're trying to make up your mind what the doctor, the surgeon, is doing while he's hacking away at your body, he's long gone. He's at home having tea. (Laughter)
Когато отидете до една врата и я отворите, онова, което правите компулсивно, е да вземате решения - хиляди решения за размера на стаята, стената, височината, предметите в тази стая. 99 процента от онова, което виждате, не е онова, което влиза през очите. То е онова, което заключавате за тази стая. Затова мога да кажа, с известна сигурност: "Мисля, следователно съществувам." Но не мога да кажа: "Ти мислиш, следователно съществуваш", защото ти си вътре в мехура на моето възприятие.
So, when you walk up to a door and you open it, what you compulsively have to do to perceive is to make decisions, thousands of decisions about the size of the room, the walls, the height, the objects in this room. 99 percent of what you see is not what comes in through the eyes. It is what you infer about that room. So I can say, with some certainty, "I think, therefore I am." But I cannot say, "You think, therefore you are," because "you" are within my perceptual bubble.
Можем да размишляваме и да философстваме около това, но всъщност не се налага да го правим през следващите сто години. Можем да зададем един много конкретен въпрос. "Може ли мозъкът да изгради такова възприятие? Способен ли е да го направи? Има ли веществото, за да го направи? Това ще ви опиша днес.
Now, we can speculate and philosophize this, but we don't actually have to for the next hundred years. We can ask a very concrete question. "Can the brain build such a perception?" Is it capable of doing it? Does it have the substance to do it? And that's what I'm going to describe to you today.
На вселената са й били нужни 11 милиарда години, за да създаде мозък. Трябвало е да го усъвършенства малко. Трябвало е да добави фронталния дял, за да имате инстинкти, защото те били необходими за справяне на сушата. Но първата истински голяма стъпка беше неокортексът. Това е нов мозък. Бил е необходим. Бозайниците са имали нужда от него, защото е трябвало да се справят с родителство, социални взаимодействия, сложни познавателни функции.
So, it took the universe 11 billion years to build the brain. It had to improve it a little bit. It had to add to the frontal part, so that you would have instincts, because they had to cope on land. But the real big step was the neocortex. It's a new brain. You needed it. The mammals needed it because they had to cope with parenthood, social interactions, complex cognitive functions.
Може да мислите за неокортекса всъщност като крайното решение днес на вселената, каквато я познаваме. Това е апогеят, крайният продукт, който е произвела вселената. Той постигнал такъв успех в еволюцията, че от мишка до човек се е разширил около хилядократно по отношение броя на невроните, за да се получи този почти плашещ орган, структура. И не е спрял по еволюционния си път. Всъщност, неокортексът в човешкия мозък еволюира с огромна скорост.
So, you can think of the neocortex actually as the ultimate solution today, of the universe as we know it. It's the pinnacle, it's the final product that the universe has produced. It was so successful in evolution that from mouse to man it expanded about a thousandfold in terms of the numbers of neurons, to produce this almost frightening organ, structure. And it has not stopped its evolutionary path. In fact, the neocortex in the human brain is evolving at an enormous speed.
Ако разгледате повърхността на неокортекса под микроскоп, ще установите, че той е изграден от малки модули, G5 процесори, като компютър. Но има около милион такива. Те еволюирали толкова успешно, че онова, което сме правили, беше да ги дублираме отново и отново и да добавяме повече и повече от тях към мозъка, докато вече не ни е останало място в черепа. И мозъкът е започнал да се нагъва вътре в себе си, затова неокортексът е толкова сложен. Просто пакетираме в колони, за да имаме повече неокортикални колони, които да изпълняват по-сложни функции.
If you zoom into the surface of the neocortex, you discover that it's made up of little modules, G5 processors, like in a computer. But there are about a million of them. They were so successful in evolution that what we did was to duplicate them over and over and add more and more of them to the brain until we ran out of space in the skull. And the brain started to fold in on itself, and that's why the neocortex is so highly convoluted. We're just packing in columns, so that we'd have more neocortical columns to perform more complex functions.
Всъщност, можете да мислите за неокортекса като за огромен роял, роял с милион клавиши. Всяка от тези неокортикални колои ще свири една нота. Стимулирате я, а тя изпълнява симфония. Но това не е просто симфония на възприятието. Това е симфония на вашата вселена,вашата реалност. Разбира се, трябват години, за да се научиш да свириш на роял с милион клавиши. Затова трябва да изпращате децата си в добри училища, и, да се надяваме, в крайна сметка в Оксфорд. Но въпросът не е само в образованието. А също и в генетиката. Може да сте родени с късмет или да знаете как да боравите с неокортикалната си колона и може да свирите фантастична симфония.
So you can think of the neocortex actually as a massive grand piano, a million-key grand piano. Each of these neocortical columns would produce a note. You stimulate it; it produces a symphony. But it's not just a symphony of perception. It's a symphony of your universe, your reality. Now, of course it takes years to learn how to master a grand piano with a million keys. That's why you have to send your kids to good schools, hopefully eventually to Oxford. But it's not only education. It's also genetics. You may be born lucky, where you know how to master your neocortical column, and you can play a fantastic symphony.
Всъщност има една нова теория за аутизма, наречена теория за "интензивния свят", която предполага, че неокортикалните колони са супер-колони. Те са високо реактивни и са супер пластични, и затова аутистите вероятно са способни да създадат и научат симфония, немислима за нас. Но също става ясно, че ако имаш заболяване вътре в някоя от тези колони, нотата ще бъде изключена. Възприятието - симфонията, която създаваш, ще бъде повредена и ще имаш симптоми на болест.
In fact, there is a new theory of autism called the "intense world" theory, which suggests that the neocortical columns are super-columns. They are highly reactive, and they are super-plastic, and so the autists are probably capable of building and learning a symphony which is unthinkable for us. But you can also understand that if you have a disease within one of these columns, the note is going to be off. The perception, the symphony that you create is going to be corrupted, and you will have symptoms of disease.
Затова свещеният граал за невронауката всъщност е да се разбере замисълът на неокортикалната колона, а това не е само за невронауката, а вероятно - за разбиране на възприятието, за разбиране на реалността и вероятно също дори за разбиране на физическата реалност. Затова през последните 15 години се занимавахме със системна дисекция на неокортекса. Малко прилича на това да отидеш да каталогизираш част от тропическа дъждовна гора. Колко дървета има в нея? С какви форми са дърветата? По колко от всеки тип дървета има? Къде са разположени?
So, the Holy Grail for neuroscience is really to understand the design of the neocoritical column -- and it's not just for neuroscience; it's perhaps to understand perception, to understand reality, and perhaps to even also understand physical reality. So, what we did was, for the past 15 years, was to dissect out the neocortex, systematically. It's a bit like going and cataloging a piece of the rainforest. How many trees does it have? What shapes are the trees? How many of each type of tree do you have? Where are they positioned?
Но е малко повече от каталогизиране, защото всъщност трябва да опишеш и откриеш всички правила за комуникация, правила за свързаност, защото невроните не обичат да се свързват просто с който и да е неврон. Те избират много внимателно с кого да се свържат. Това е и повече от каталогизиране, защото всъщност трябва да се построят триизмерни дигитални модели за тях. Правихме това за десетки хиляди неврони, създавахме дигитални модели на различните типове неврони, на които се натъквахме. А след като веднъж имаш това, може наистина да започнеш да строиш неокортикалната колона.
But it's a bit more than cataloging because you actually have to describe and discover all the rules of communication, the rules of connectivity, because the neurons don't just like to connect with any neuron. They choose very carefully who they connect with. It's also more than cataloging because you actually have to build three-dimensional digital models of them. And we did that for tens of thousands of neurons, built digital models of all the different types of neurons we came across. And once you have that, you can actually begin to build the neocortical column.
И ето, започнахме да ги навиваме. Но докато правиш това, се вижда, че клоновете всъщност се пресичат на милиони места и на всяка от тези пресечни точки могат да формират синапс. А синапсът е химическа локация, където те комуникират един с друг. Тези синапси, взети заедно, формират мрежата на веригата на мозъка. Може да мислите за тази верига също като за материята на мозъка. А когато мислиш за материята на мозъка, структурата, как е построен? Какъв е мотивът на килима? Осъзнаваш, че това поставя едно фундаментално предизвикателство пред всяка теория за мозъка, и особено за теория, която казва, че има някаква реалност, която произлиза от този килим, точно от този килим с определена шарка.
And here we're coiling them up. But as you do this, what you see is that the branches intersect actually in millions of locations, and at each of these intersections they can form a synapse. And a synapse is a chemical location where they communicate with each other. And these synapses together form the network or the circuit of the brain. Now, the circuit, you could also think of as the fabric of the brain. And when you think of the fabric of the brain, the structure, how is it built? What is the pattern of the carpet? You realize that this poses a fundamental challenge to any theory of the brain, and especially to a theory that says that there is some reality that emerges out of this carpet, out of this particular carpet with a particular pattern.
Причината е, тъй като най-важната тайна относно замисъла на мозъка е разнообразието. Всеки неврон е различен. Същото е в гората. Всяко борово дърво е различно. Може да има много различни типове дървета, но всяко борово дърво е различно. Същото е и в мозъка. Значи, няма неврон в мозъка ми, който да е същият като друг, и няма неврон в моя мозък, който да е същият, както във вашия. Вашите неврони няма да са ориентирани и позиционирани точно по същия начин. И може да имате повече или по-малко неврони. Така че не е особено вероятно да имате същата материя, същата мрежа.
The reason is because the most important design secret of the brain is diversity. Every neuron is different. It's the same in the forest. Every pine tree is different. You may have many different types of trees, but every pine tree is different. And in the brain it's the same. So there is no neuron in my brain that is the same as another, and there is no neuron in my brain that is the same as in yours. And your neurons are not going to be oriented and positioned in exactly the same way. And you may have more or less neurons. So it's very unlikely that you got the same fabric, the same circuitry.
Тогава как е възможно да създадем реалност, така че дори да можем да се разбираме взаимно? Е, няма нужда да спекулираме. Сега можем да разгледаме всичките 10 милиона синапса. Можем да разгледаме материята. И можем да променяме неврони. Можем да използваме различни неврони с различни вариации. Можем да ги позиционираме на различни места, да ги ориентираме на различни места. Можем да използваме по-малко или повече от тях. А когато направим това, открихме, че мрежата всъщност се променя. Но схемата, по която е проектирана мрежата, не се променя. И така - материята на мозъка, макар че мозъкът ви може да е по-малък, по-голям, може да има различни типове неврони, различни морфологии на невроните, всъщност споделяме същата материя. И мислим, че това е специфично за видовете, което означава, че това би могло да обясни защо не можем да комуникираме с други видове.
So, how could we possibly create a reality that we can even understand each other? Well, we don't have to speculate. We can look at all 10 million synapses now. We can look at the fabric. And we can change neurons. We can use different neurons with different variations. We can position them in different places, orient them in different places. We can use less or more of them. And when we do that what we discovered is that the circuitry does change. But the pattern of how the circuitry is designed does not. So, the fabric of the brain, even though your brain may be smaller, bigger, it may have different types of neurons, different morphologies of neurons, we actually do share the same fabric. And we think this is species-specific, which means that that could explain why we can't communicate across species.
И така, нека да го включим. Но за да го направим, онова, което е необходимо, е това да оживее. Ние го караме да оживее с уравнения, много математика. Всъщност уравненията, които превръщат невроните в електрически генератори, са били открити от двама нобелови лауреати от Кеймбридж. Имаме математиката, за да накараме невроните да оживеят. Имаме също математиката, за да опишем как невроните събират информация и как създават малка светкавица, за да комуникират един с друг. А когато стигнат до синапса, онова, което правят, е, че ефективно, буквално, оказват шок на синапса. Това е като електрошок, който освобождава химикалите от тези синапси.
So, let's switch it on. But to do it, what you have to do is you have to make this come alive. We make it come alive with equations, a lot of mathematics. And, in fact, the equations that make neurons into electrical generators were discovered by two Cambridge Nobel Laureates. So, we have the mathematics to make neurons come alive. We also have the mathematics to describe how neurons collect information, and how they create a little lightning bolt to communicate with each other. And when they get to the synapse, what they do is they effectively, literally, shock the synapse. It's like electrical shock that releases the chemicals from these synapses.
И имаме математиката да опишем този процес. Така че, можем да опишем комуникацията между невроните. Те буквално са само шепа уравнения, необходими за стимулация на дейността на мозъчната кора. Но ви трябва много голям компютър. Всъщност, трябва ви един лаптоп, за да направите всички изчисления само за един неврон. Значи ви трябват 10 000 лаптопа. Къде отивате тогава? Отивате в IBM и получавате суперкомпютър, защото те трябваше да вземат 10 000 лаптопа и да ги поставят в размера на един хладилник. И сега имаме този суперкомпютър - "Син ген". Можем да заредим всички неврони, всеки включен в своя процесор, да го пуснем и да видим какво ще се случи. Да се качим на вълшебното килимче и да се повозим.
And we've got the mathematics to describe this process. So we can describe the communication between the neurons. There literally are only a handful of equations that you need to simulate the activity of the neocortex. But what you do need is a very big computer. And in fact you need one laptop to do all the calculations just for one neuron. So you need 10,000 laptops. So where do you go? You go to IBM, and you get a supercomputer, because they know how to take 10,000 laptops and put it into the size of a refrigerator. So now we have this Blue Gene supercomputer. We can load up all the neurons, each one on to its processor, and fire it up, and see what happens. Take the magic carpet for a ride.
Тук го активираме. А това за пръв път позволява да зърнем какво се случва в мозъка, когато има стимулация. Това е първият поглед. Като погледнеш това за пръв път, си мислиш: "Боже. Как от това излиза реалност?" Но всъщност, може да се започне, макар че, не сме тренирали тази неокортикална колона, да създава специфична реалност. Но можем да попитаме: "Къде е розата?" Можем да попитаме: "Къде е това вътре, ако го стимулираме с картина?" Къде е това вътре в мозъчната кора? В крайна сметка трябва да е там, ако сме я стимулирали с него.
Here we activate it. And this gives the first glimpse of what is happening in your brain when there is a stimulation. It's the first view. Now, when you look at that the first time, you think, "My god. How is reality coming out of that?" But, in fact, you can start, even though we haven't trained this neocortical column to create a specific reality. But we can ask, "Where is the rose?" We can ask, "Where is it inside, if we stimulate it with a picture?" Where is it inside the neocortex? Ultimately it's got to be there if we stimulated it with it.
Начинът, по който може да гледаме на това, е да игнорираме невроните, да игнорираме синапсите и да гледаме само суровата електрическа дейност. Защото това създава тя. Създава електрически модели. Когато направихме това, наистина за пръв път видяхме тези подобни на призраци структури: електрически обекти, появяващи се вътре в неокортикалната колона. И тези електрически обекти съдържат цялата информация за онова, което я е стимулирало. Когато направихме увеличение на това, то е като същинска вселена.
So, the way that we can look at that is to ignore the neurons, ignore the synapses, and look just at the raw electrical activity. Because that is what it's creating. It's creating electrical patterns. So when we did this, we indeed, for the first time, saw these ghost-like structures: electrical objects appearing within the neocortical column. And it's these electrical objects that are holding all the information about whatever stimulated it. And then when we zoomed into this, it's like a veritable universe.
Затова следващата стъпка е просто да вземем тези мозъчникоординати и да ги проектираме в перцептивното пространство. Ако се направи това, ще стане възможно да се навлезе в реалността, създавана от тази машина, от този мозък. И така, в резюме, мисля, че вселената може да е... възможно е... усъвършенствала мозъка така, че да види себе си, което може да е първа стъпка към това да стане наясно със себе си. Трябва да се направи още много, за да се проверят тези теории, както и за да се проверят всякакви други теории. Но се надявам, че сте поне отчасти убедени, че не е невъзможно, да се създаде мозък. Можем да го направим до 10 години, и ако успеем, ще изпратим след 10 години в ТЕД холограма, която да ви говори. Благодаря. (Аплодисменти)
So the next step is just to take these brain coordinates and to project them into perceptual space. And if you do that, you will be able to step inside the reality that is created by this machine, by this piece of the brain. So, in summary, I think that the universe may have -- it's possible -- evolved a brain to see itself, which may be a first step in becoming aware of itself. There is a lot more to do to test these theories, and to test any other theories. But I hope that you are at least partly convinced that it is not impossible to build a brain. We can do it within 10 years, and if we do succeed, we will send to TED, in 10 years, a hologram to talk to you. Thank you. (Applause)