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.
המשימה שלנו היא לבנות בצורה מפורטת וראליסטית, מודל ממוחשב של המוח האנושי. ואנו בנינו, ב4 שנים האחרונות, הוכחת יכולות, בחלק קטן של מוח מכרסם, ועם הוכחת היכולות הזאת אנו כעת מגדילים את הפרויקט כדי להגיע למוח האנושי.
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.
למה אנו עושים זאת? יש שלוש סיבות חשובות. הראשונה, זה הכרחי עבורנו להבין את המוח האנושי אם אנחנו רוצים להתקדם מבחינה חברתית, ואני חושב שזה צעד הכרחי באבולוציה. הסיבה השניה היא, אנחנו לא יכולים להמשיך ולבצע ניסויים בחיות לעולם, ואנחנו צריכים לצרף את כל הנתונים והידע שלנו, למודל שעובד. זה כמו התיבה של נוח, זה כמו בסיס נתונים. והסיבה השלישית שיש כ-2 מיליארד אנשים על כדור הארץ המושפעים מהפרעה מנטלית, והתרופות שבהם אנו משתמשים היום הם באופן כללי אמפיריים. אני חושב שאנחנו יכולים להגיע לפיתרון מבוסס כיצד לטפל בהפרעות.
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.
עכשיו, אפילו בשלב הזה, אנחנו יכולים להשתמש במודל המוח כדי לחשוף שאלות יסוד על כיצד המוח מתפקד. וכאן בTED, בפעם הראשונה, אני רוצה לחלוק איתכם, כיצד אנו מתייחסים לתיאוריה אחת - יש הרבה תיאוריות - תיאוריה אחת שמתייחסת לאיך המוח עובד. אז התיאוריה הזאת אומרת שהמוח מייצר, ובונה גירסה של היקום. ומקרין את הגרסה הזאת של היקום, כמו בועה, שמקיפה אותנו סביב.
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.
זה כמובן נושא שפילוסופים מתווכחים עליו מאות שנים. אבל, בפעם הראשונה אנחנו יכולים להתייחס ממש לנושא, באמצעות סימולציית המוח, ולשאול שאלות בצורה מאד שיטתית ומדויקת, האם התאוריה הזו יכולה להיות נכונה. הסיבה למה הירח נראה ענק בזריחה היא פשוט בגלל שבועת המודעות מסביבנו לא נמתחת ל 380,000 ק"מ. נגמר לה המרחב. כך שמה שאנו עושים זה להשוות את הבניינים בבועה הנוכחית שלנו, ואנו מקבלים החלטה. אנחנו מחליטים שזה בגודל כזה, אפילו שזה לא כל כך גדול,
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)
ומה שזה מדגים שההחלטות, הם הענין העיקרי - המפתח שתומכות בבועה התפיסתית שלנו, זה שומר על קיומה. ללא החלטות לא ניתן לראות, לא ניתן לחשוב, לא ניתן להרגיש. אתם אולי חושבים שהרדמה עובדת בצורה כזאת באמצעות הכנסה שלנו לשינה עמוקה, או באמצעות חסימה של הקולטים כך שלא נרגיש כאב, אבל במציאות רוב סמי ההרדמה לא עובדים בדרך הזאת. מה שהם עושים זה יצירת "רעש" לתוך המוח כך שהנוירונים לא מבינים אחד את השני. הם מבולבלים, ולא ניתן לבצע החלטות. כך שכאשר אתה מנסה להחליט, מה שהרופא, המנתח עושה בזמן שהוא מחטט בתוך הגוף שלך, הוא סיים מזמן. הוא בבית שותה תה. (צחוק)
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.
כך, שכאשר אתה צועד לכיוון הדלת ופותח אותה, מה שאתה צריך לעשות בצורה בלתי מודעת כדי לזהות זה לבצע החלטות, אלפי החלטות לגבי גודלו של החדר, הקיר, הגובה, החפצים בחדר. 99 אחוז ממה שאנו רואים זה לא מה שמגיע מהעיניים. זה מה שאתה מעריך לגבי החדר. כך שאני יכול להגיד במידה מסוימת של ביטחון, "אני חושב לכן אני קיים." אבל אני לא יכול להגיד "אתה חושב לכן אתה קיים," בגלל שאתה נמצא בתוך הבועה התפיסתית שלי.
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.
כעת, אנחנו יכולים לנתח ולהתפלסף בנושא, אבל אנחנו לא ממש חייבים במאה השנים הבאות. אנחנו יכולים לשאול שאלות בסיסיות ביותר. "האם המוח יכול לבנות נקודת מבט כזאת?" האם הוא יכול לבצע זאת? האם יש לו את הכלים לבצע זאת? וזה מה שאני מתכוון לתאר לכם היום.
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.
אז זה לקח ליקום כ-11 מיליארד שנה לבנות את המוח. הוא היה צריך לשפר אותו קצת. היה צריך להוסיף את החלק הקדמי, כך שיהיו אינסטינקטים, בגלל שהוא היה צריך להתמודד ביבשה. אבל הצעד הגדול היה פיתוח הניאוקורטקס. זה מוח חדש, אתם הייתם צריכים אותו. היונקים היו צריכים אותו בגלל שהם נאלצו להתמודד עם הורות, תקשורת חברתית, פעולות חשיבה מסובכות.
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.
כך, שאפשר לחשוב על הניאוקורטקס. בעצם כעל הפיתרון המשולם היום, של היקום כפי שאנו מכירים אותו. זה התוצר המושלם, התוצרת הסופית שהיקום יצר. הוא היה כל כך מוצלח בהתפתחותו האבולוציונית כך שבמעבר מעכבר לאדם הוא התרחב פי אלף בייחס לכמות הנוירונים, כדי לייצור אבר, מבנה כמעט מפחיד. והמסלול האבולוציוני שלו עדין לא הסתיים. בעצם הניאוקורטקס במוח האדם מתפתח במהירות עצומה.
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.
אם מתבוננים בצורה מעמיקה בפני הניאוקורטקס, מגלים שהוא מיוצר מחלקים קטנים, מעבדי G5, כמו במעבד של מחשב. אבל יש מיליון כאלה. הם היו כל כך מוצלחים באבולוציה שמה שעשינו זה לשכפל אותם ולהוסיף עוד ועוד מהם למוח עד שלא נשאר מקום בגולגולת. והמוח החל לקפל את עצמו, ולכן הניאוקורטקס כל כך מסובך. אנחנו פשוט אורזים בעמודות, כך שיש לנו יותר עמודות בניאוקורטקס כדי לבצע פעולות מסובכות יותר.
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.
כך שבעצם ניתן לחשוב על הניאוקורטקס כמו על פסנתר כנף מסיבי, פסנתר שבו מיליוני קלידים. כל אחד מהעמודות בניאוקורטקס ייצר צליל. מגרים אותו; הוא מייצר סימפוניה. אבל זה לא רק סימפוניה תפיסתית. זה סימופניה של היקום, המציאות שלך. כמובן שזה לוקח שנים ללמוד כיצד לשלוט בפסנתר בעל מיליון קלידים. לכן צריך לשלוח את הילדים לבתי ספר טובים, בתקווה בסוף לאוקספורד. אבל זה לא רק חינוך. זה גם גנטיקה. יתכן שנולדת בר מזל, או שאתה שולט כיצד להפעיל את העמודות במוח, ואתה יכול לנגן סימפוניה נפלאה.
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.
בעצם, יש תיאוריה חדשה לגבי אוטיזם שנקראת תאורית "העולם הלחוץ", שבה הרעיון הוא שהעמודות שבמוח החדש הם עמודות-על. הם מאד פעילים והם מאד פלסטיים, כך שאוטיסט כנראה מסוגל לבנות ולייצר סימפוניה שהיא בלתי ניתנת להבנה בשבילנו. אבל ניתן גם להבין שאם יש לך מחלה באחת העמודות, הצליל הולך להיות שגוי. המודעות, הסימפוניה שתיוצר תהיה משובשת, ויהיו לכם סימפטומים של מחלה.
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?
כך שהגביע הקדוש במדעי המוח הינו ההבנה של עיצוב העמודות במוח - וזה לא רק למדעי המוח; זה אולי להבנת המודעות ולהבנת המציאות, ואולי אפילו להבין את העולם הפיסי הגשמי. אז מה שעשינו במשך 15 השנים האחרונות, זה לפרק את את הנאוקורטקס באופן שיטתי. זה קצת כמו לקטלג חלק מיערות הגשם. כמה עצים קיימים? באיזו צורה העצים? כמה עצים מכל סוג קיימים? איפה הם ממוקמים?
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.
אבל זה קצת יותר מלקטלג בגלל שאתה צריך ממש לתאר ולגלות את כל חוקי התקשורת, חוקי החיבוריות, בגלל שהנוירונים לא סתם רוצים להתחבר לכל נוירון אחר. הם בוחרים בזהירות למי הם יתחברו. זה גם יותר מקטלוג בגלל שצריך לבנות מודל תלת מימדי דיגיטלי שלהם. ואנחנו עשינו זאת לעשרות אלפי נוירונים, בנינו מודל דיגיטלי לסוגים שונים של נוירונים, אותם מצאנו. וכאשר יש לך את המודל הזה אתה יכול בעצם להתחיל ולבנות עמודות של הניאוקורטקס.
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.
וכאן אנחנו כורכים אותם. אבל כאשר אנחנו עושים זאת, מה שאנו רואים שהשלוחות מצטלבות אחד בשני בעצם במליוני מקומות. ובכל אחת מההצטלבויות האלה הם יכולים לייצר סינפסה. סינפסה זה המקום שבו כימיקלים נמצאים היכן שהם מתקשרים אחד עם השני. והסינפסות האלה ביחד מייצרות רשת או החיווט של המוח. אז הרשת, ניתן לחשוב עליה כמו המארג של המוח. וכאשר אתה חושב על המארג של המוח, המבנה, איך זה בנוי? מה התבנית של השטיח? אתה מבין שזה מציג אתגר משמעותי לכל תיאוריה של המוח, ובמיוחד לתיאוריה שאומרת שיש מציאות שמגיחה מתוך השטיח הזה, השטיח הספציפי הזה עם תבניות ספציפיות.
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.
הסיבה היא שהסוד התכנוני החשוב ביותר של המוח זו שונות. כל נוירון שונה. זה כמו ביער. כל עץ אורן שונה. יתכן שיהיו סוגים שונים של עצים, אבל כל עץ אורן שונה, ובמוח זה אותו דבר. כך שאין נוירון במוח שלי שדומה לאחר, ואין לי נוירון במוח שלי שזהה לנוירון אצלך. והנוירונים שלך לא הולכים להיות מוצבים וממוקמים באותה צורה בדיוק. ויכול להיות לך יותר או פחות נוירונים. כך שזה מאד לא סביר שיהיה לך את אותו מארג אותו חיווט.
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.
אז כיצד אנחנו יכולים ליצור מציאות שבה אנחנו יכולים להבין אחד את השני? אנחנו לא צריכים לשער. אנחנו יכולים להסתכל על כל 10 מליון הסינפסות. אנחנו יכולים להסתכל על המארג, ואנחנו יכולים לשנות נוירונים. אנחנו יכולים להשתמש בנוירונים אחרים ובשילובים שונים. אנחנו יכולים למקם אותם במקומות שונים, ולהציב אותם במקומות אחרים. אנחנו יכולים להשתמש ביותר או פחות מהם. וכאשר אנחנו עושים זאת מה שגילינו שהחיווט משתנה. אבל התבנית שבה החיווט תוכנן לא משתנה. כך שהמארג של המוח, אפילו שהמוח שלך יכול להיות גדול יותר או קטן יותר, יכול להכיל סוגים שונים של נוירונים, ומבנה שונה של הנוירונים, אנחנו בעצם כן חולקים את אותו מארג. ואנחנו חושבים שזה ספציפי לזן ביולוגי, שהמשמעות היא, שזה יכול להסביר למה אנחנו לא יכולים לתקשר בין זנים שונים.
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.
אז בו נדליק אותו. אבל כדי לבצע זאת צריך לגרום לו להתעורר לחיים. אנחנו גורמים לו להתעורר לחיים באמצעות נוסחאות, הרבה מתמטיקה. ובעצם הנוסחה שגורמת לנוירונים להפוך לייצרני אנרגיה התגלתה ע"י שני זוכי פרס נובל מקמבריג'. אז יש לנו את הידע המתמטי שהופך את הנוירונים לחיים. יש לנו גם את הידע המתמטי לתאר איך נוירונים אוספים אינפורמציה, ואיך הם יוצרים ברק קטן כדי לתקשר אחד עם השני. וכאשר הם מגיעים לסינפסה, מה שהם עושים באופן מעשי, זה לחשמל את הסינפסה. זה כמו מכת חשמל שמשחררת כימיקלים מהסינפסה.
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.
ויש לנו את התהליך המתמטי המאפיין את התהליך. כך שאנו יכולים לתאר את התקשורת בין הנוירונים. קיימים למעשה רק קומץ של נוסחאות שצריך כדי לדמות את הפעילות של הניאוקורטקס. אבל מה שאתה צריך זה מחשב גדול מאד. ובעצם אתה צריך מחשב נייד אחד רק כדי לבצע חישוב של נוירון אחד. אז אתה צריך 10,000 מחשבים ניידים. אז לאן אתה הולך? אתה הולך ל-IBM, ואתה מקבל "מחשב על" מכיוון שהם יודעים איך לקחת 10,000 מחשבים ניידים ולשים אותם ביחד בגודל של מקרר. אז כעת יש לנו את מחשב העל "הגן הכחול". אנחנו יכולים לעלות לתוכו את כל הנוירונים, כל אחד למעבד עצמאי משלו, להדליק אותו ולראות מה קורה. לקחת את השטיח המעופף לטיסה.
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.
כאן אנחנו מפעילים אותו, וזה ההצצה הראשונה על מה שקורה במוח שלך כאשר יש גירוי. זה המבט הראשון. כעת, כאשר אתה מסתכל בפעם הראשונה, אתה חושב, "אלוהים איך המציאות יוצאת מדבר כזה?" אבל, העובדה היא שאתה יכול להתחיל, אפילו שאנחנו לא אימנו את העמודה של המוח לייצור מציאות ספציפית. אבל אנחנו יכולים לשאול "איפה השושנה?" אנחנו יכולים לשאול "איפה זה בפנים, אם אנחנו מגרים אותו עם תמונה?" איפה זה בפנים בתוך הניאוקורטקס? באופן ודאי זה צריך להיות שם אם אנחנו מגרים אותו עם זה.
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.
אז, הדרך שאנו יכולים להסתכל על זה זה להתעלם מהנוירונים ולהתעלם מהסינפסות, ולהסתכל רק על הפעילות החשמלית הגסה. מכיוון שזה מה שנוצר. זה יוצר תבנית של דפוסים חשמליים. אז כאשר עשינו זאת, אנחנו באמת, בפעם הראשונה, ראינו את המבנים דמויי רוחות הרפאים: אוביקטים חשמליים מופיעים בתוך עמודת המוח. ואלו האובייקטים החשמליים שמחזיקים את כל האינפורמציה על מה שמגרה אותו. ואז כאשר העמקנו פנימה לתוכו, זה כמו עולם מציאותי.
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)
אז הצעד הבא הוא רק לקחת את הקואורדינטות במוח ולהקרין אותם על המרחב התפיסתי. ואם אתה עושה את זה, אתה תהיה מסוגל לצעוד פנימה למציאות שנוצרה באמצעות המכשיר הזה, באמצעות החלק הזה של המוח. כך שלסיכום, אני חושב שהיקום ייתכן - זה אפשרי - שייצר מוח כדי לראות את עצמו, שאולי זו הפעם הצעד הראשון להיות מודע לעצמו. יש עוד הרבה מה לעשות לבדוק את התיאוריות האלה, ולבדוק תיאוריות אחרות. אבל אני מקווה שאתם לפחות משוכנעים חלקית שזה לא בלתי אפשרי לבנות מוח. אנחנו יכולים לעשות את זה בתוך 10 שנים, ואם אנחנו נצליח, אנחנו נשלח לTED בעוד 10 שנים, הלוגרמה שתדבר אליכם, תודה רבה. (מחיאות כפיים)