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.
Țelul nostru este să construim un model computațional detaliat și realistic al creierului uman. Și noi am realizat în ultimii patru ani o demonstrație de principiu pe o mică parte a unui creier de rozător, iar acum, bazându-ne pe această demonstrație, amplificăm proiectul pentru a ajunge la creierul uman.
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.
De ce facem asta? Sunt trei motive importante. Primul este faptul că este esențial pentru noi să înțelegem creierul uman dacă vrem să ne mai înțelegem ca societate, și cred de asemenea că acesta este un pas cheie în evoluție. Al doilea motiv este, că nu putem continua să experimentăm pe animale la nesfârșit, și că trebuie să incorporăm datele și cunoștințele noastre, într-un model care să funcționeze. Este ca un fel de Arcă a lui Noe. Este ca o arhivă. Și al treilea motiv este că există două miliarde de oameni pe planetă care sunt afectați de boli mentale, în condițiile în care medicamentele folosite în prezent sunt în mare măsură empirice. Cred că putem veni cu o soluție cât se poate de concretă despre cum să tratăm aceste boli.
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.
Acum, chiar și în stadiul acesta, putem folosi modelul de creier pentru a explora întrebări fundamentale despre cum funcționează creierul. Și aici, la TED, pentru prima dată, aș vrea să împărtășesc cu voi modul în care adresăm o teorie -- de fapt sunt mai multe teorii -- o teorie despre cum funcționează creierul. Deci, conform acestei teorii creierul crează, construiește, o versiune a universului. Și proiectează această versiune a universului, precum un balon, în jurul nostru.
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.
Ori, aceasta este desigur o temă a dezbaterilor filozofice de secole. Dar, pentru prima dată, noi putem să o abordam cu adevarat, cu ajutorul simulării creierului, și să punem întrebări în mod sistematic și riguros, și să investigăm dacă această teorie poate fi adevărată. Motivul pentru care Luna este enorma la orizont este pur și simplu pentru că balonul nostru perceptual nu se extinde 380.000 km. Nu are atât spațiu. Și ce facem de fapt este să comparăm clădirile din interiorul balonului nostru perceptual, și luăm o decizie. Noi luăm decizia că e atât de mare, chiar dacă în realitate nu e într-atât de mare,
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)
și ceea ce demonstrează asta este că deciziile sunt elementele esențiale care suportă balonul nostru perceptual. Îl mențin viu. Fără decizii nu poți vedea, nu poți gândi, nu poți simți. Și ați putea crede că anestezicele funcționează prin a vă induce un somn adânc, sau prin blocarea receptorilor astfel încât să nu mai simțiți durerea, dar de fapt majoritatea anestezicelor nu funcționează așa. Ceea ce fac de fapt este să inducă un bruiaj în creier astfel încât neuronii să nu se mai înțeleagă între ei. Sunt derutați, iar dvs. nu mai puteți lua decizii. Astfel, în timp ce încercați să vă hotărâți, asupra a ceea ce doctorul, chirurgul face în timp ce va hăcuiește corpul, el este deja plecat demult. Este acasă bânduși ceaiul. (râsete)
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.
Deci, când ajungeți la o ușă și o deschideți, ceea ce trebuie sa faceți în mod reflex ca să percepeți este să luați decizii, mii de decizii privind mărimea camerei, peretele, înălțimea, obiectele din acestă cameră. 99% din ceea ce vedeți nu este ceea ce vine prin ochi. Este ceea ce deduceți despre acea cameră. Deci pot spune, cu o oarecare siguranță, "Gândesc, deci exist." Dar nu pot spune "Gândești, deci exiști" pentru că ești în limitele balonului meu perceptual.
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.
Acum, putem specula și filozofa asta, dar nu va trebui să o facem și pentru următorii o sută de ani. Putem pune o întrebare foarte concretă. "Poate creierul să construiască o asemenea percepție?" Este capabil să o facă? Are conținutul necesar pentru a o face? Si asta este ceea ce vă voi descrie astăzi.
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.
Deci, universului i-au trebuit 11 miliarde de ani pentru a construi creierul. A trebuit să il îmbunătățească un pic. A trebuit să îi adauge partea frontala, astfel încât să aibă instincte, pentru că a trebuit să se descurce pe uscat. Dar adevăratul pas mare a fost neocortexul. Este un nou creier. Aveați nevoie de el. Mamiferele aveau nevoie de el. pentru a face față parentalității, interacțiunilor sociale, funcțiilor cognitive complexe.
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.
Deci puteți privi neocortexul de fapt ca soluția ultimă astăzi, a universului așa cum îl cunoaștem. Este apogeul, este produsul final pe care l-a produs universul. A avut un succes atât de mare în evoluție încât de la șoarece la om s-a extins de aproape o mie de ori ca număr de neuroni, pentru a produce acest înfricoșător organ, sau structură. Și nu s-a oprit din evoluția sa. De fapt, neocortexul creierului uman evoluează cu o viteza enormă.
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.
Dacă vă apropiați de suprafața neocortexului, veți descoperi că e alcătuită din mici module, procesoare G5, ca într-un computer. Numai că sunt aproape un milion dintr-acestea. Au avut așa un succes în evoluție încât ce am făcut a fost să îi multiplicăm iar și iar și să adăugăm și mai multe dintr-acestea în creier. până când am rămas fără spațiu în craniu. Și creierul a început să se plieze peste el însuși, și iată de ce neocortexul are atâtea circumvoluțiuni. Îngrămădim în coloane, astfel încât având mai multe coloane neocorticale, să executăm funcții și mai complexe.
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.
Deci puteți privi neocortexul de fapt ca pe un mare pian, un pian cu un milion de clape. Fiecare din aceste coloane neocorticale ar produce o nota. Îl stimulați; el va produce o simfonie. Dar nu este doar o simfonie a percepției. Este o simfonie a universului vostru, realitatea voastră. Or, desigur va lua mulți ani până vom învăța cum să stăpînim un pian cu un milion de clape. De aceea trebuie să vă trimiteți copiii la școli bune, de sperat ca într-un final chiar la Oxford. Dar nu este doar educație. Este totodată genetică. Puteți fi născuți norocoși, și să știți cum să folosiți columnele neocortexului, și să cântați o simfonie fantastică.
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.
De fapt, există o nouă teorie a autismului numita teoria "lumii intense", care sugerează că în neocortex columnele ar fi super-columne. Ele sunt foarte reactive, și sunt super-plastice, și astfel autiștii sunt capabili probabil de construirea și învățarea unei simfonii de neimaginat pentru noi. Dar puteți înțelege de asemenea că dacă aveți o boală în una din aceste coloane, nota va fi falsă. Percepția, simfonia pe care o creați va fi coruptă, și veți avea simptome de boală.
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?
Deci, Sfântul Graal al neuroștiințelor este de fapt înțelegerea schemei unei coloane neocorticale -- și asta nu este doar pentru neuroștiințe; este probabil pentru înțelegerea percepțiilor, pentru înțelegerea realității, și poate chiar pentru a înțelege realitatea fizică. Deci, ceea ce am făcut noi a fost, în ultimii 15 ani, să disecăm neocortexul, sistematic. Este un pic ca și cum a te duce și a cataloga o parte din pădurea tropicala. Câți copaci are? Ce forme au copacii? Câți copaci de fiecare fel sunt acolo? Unde sunt poziționați?
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.
Dar este un pic mai mult decat catalogarea pentru că de fapt trebuie să descriem și să descoperim toate regulile comunicării, regulile conexiunilor, pentru că neuronii nu se conectează cu orice fel de alt neuron. Ei aleg foarte atent cu cine se conectează. Este de asemenea mai mult decât catalogare pentru că de fapt trebuie să construiești modele digitale ale lor. Și am făcut exact asta pentru zeci de mii de neuroni, am construit modele tridimensionale ale diferitelor tipuri de neuroni pe care i-am întâlnit. Şi odată ce ai făcut asta, poți de fapt începe să construiești coloane neocorticale.
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.
Și aici le facem conexiunile. Dar în timp ce faci asta, ceea ce observi este că ramurile se intersectează de fapt în milioane de locuri, și că la fiecare intersecție ele pot forma o sinapsă. Iar o sinapsă este o locație chimică unde ele pot comunica unele cu altele. Iar aceste sinapse împreună formează o rețea sau circuitul creierului. Acum, circuitul, puteți să îl priviți și ca țesătura creierului. Şi când vă gândiți la țesătura creierului, la structură, la cum este construit? Care este modelul covorului? Realizați că asta constituie o provocare fundamentală oricărei teorii a creierului, și în special teoriei care spune că exista o oarecare realitate care emerge din acest covor, din acest covor în particular cu un tipar specific.
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.
Motivul este pentru ca cel mai important secret de construcție al creierului este diversitatea. Fiecare neuron este diferit. Este la fel ca în pădure. Fiecare copac este diferit. Puteți avea multe feluri diferite de copaci, dar fiecare copac este diferit. Și în creier este la fel. Deci nu este nici un neuron în creierul meu care să fie la fel cu un altul, și nu există nici un neuron în creierul meu care să fie la fel ca în al vostru. Iar neuronii voștri nu vor fi orientați și poziționați în exact același fel. Iar voi puteți avea mai mulți sau mai puțini neuroni. Deci este foarte improbabil ca să aveți același țesut, același circuit.
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.
Deci, cum este posibil să creăm o realitate în care să ne înțelegem între noi? Ei bine, nu trebuie să facem speculații. Ne putem uita la toate cele 10 milioane de sinapse acum. Putem să ne uitam la țesătură. Și putem schimba neuronii. Putem utiliza diverși neuroni în diferite variații. Putem să îi poziționăm în locații diferite, să îi orientăm în locuri diferite. Putem folosi mai mulți sau mai puțini. Și când facem asta ceea ce am descoperit a fost că circuitele se schimbă. Dar modelul de cum circuitul este proiectat nu. Deci, țesutul creierului, chiar dacă creierul vă poate fi mai mic, mai mare, poate avea feluri diferite de neuroni, morfologii diferite de neuroni, noi de fapt împărtășim același țesut. Și credem că acest aspect este specific fiecărei specii, ceea ce înseamnă că asta ar putea explica de ce nu putem comunica între specii.
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.
Deci, să îl pornim. Dar ca să realizam asta, ce trebuie să facem este să il aducem la viată. Noi îl aducem la viață cu ecuații, foarte multă matematică. Și, de fapt, ecuațiile care transformă neuronii în generatoare electrice au fost descoperite de doi laureați ai premiului Nobel de la Cambridge. Deci, avem instrumentul matematic care să aducă la viață neuronii. Avem de asemenea instrumentele matematice pentru a descrie cum colectează informația neuronii, și cum crează un mic fulger pentru a comunica unul cu celălalt. Si când ajung la sinapsă, ceea ce fac este că efectiv, literal, dau un șoc sinapsei. Este ca un șoc electric care eliberează substanțele chimice din aceste sinapse.
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.
Și avem modelele matematice pentru a descrie acest proces. Astfel putem descrie comunicarea dintre neuroni. Sunt efectiv numai câteva ecuații necesare pentru a simula activitatea neocortexului. Dar pentru asta e nevoie de un computer foarte mare. De fapt e nevoie de un singur laptop pentru a face toate calculele pentru doar un singur neuron. Deci e nevoie de 10.000 de laptopuri. Deci unde se merge? Se merge la IBM, și se ia un supercomputer, pentru că ei știu cum să ia 10.000 de laptopuri și să le pună într-un spațiu cât un frigider. Deci avem acest supercomputer Blue Gene. Și putem încărca toți neuronii, fiecare pe câte un procesor, și să îi pornim, și să vedem ce se întîmplă. Haideți sa luăm covorul magic pentru o cursă.
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.
Iată că îl activăm. Astfel putem avea o primă impresie despre ce se întâmplă în creierul nostru în prezența unui stimul. Iată o primă imagine. Acum, când vă uitați pentru prima dată la ea, gândiți, "Dumnezeule. Cum emerge realitatea din chestia aia?" Dar, de fapt, puteți începe, chiar dacă nu am antrenat această coloană neocorticală să creați o realitate specifică. Dar putem întreba, "Unde este trandafirul?" Putem întreba, "Unde este el înăuntru, dacă stimulăm rețeaua cu o imagine?" Unde este înăuntrul neocortexului? La urma urmei trebuie să fie acolo undeva din moment ce l-am stimulat cu asta.
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.
Deci, felul în care putem privi asta este de a ignora neuronii, de a ignora sinapsele, și să privim doar activitatea electrică brută. Deoarece asta este ceea ce este creat. Sunt create tipare electrice. Prin urmare când facem asta, putem într-adevăr, pentru prima dată, să vedem aceste structuri fantomatice: obiecte electrice care apar în interiorul coloanei neocorticale. Sunt aceste obiecte electrice cele care conțin informația despre ceea ce a stimulat rețeaua. Iar când mărim imaginea este ca un veritabil univers.
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)
Deci următorul pas este de a lua aceste coordonate ale creierului și să le proiectam într-un spațiu perceptual. Şi dacă facem asta, veți putea pași în interiorul realității care este creată de această mașină, de această bucată de creier. Deci, în rezumat, cred că universul ar fi -- este posibil -- dezvoltat un creier pentru a se vedea pe el însuși, care ar putea fi primul pas către a deveni conștient de el însuși. Mai sunt multe de făcut pentru a testa aceste teorii, și pentru a testa oricare alte teorii. Dar sper că sunteţi cel puțin parțial convinși că nu este imposibil să se construiască un creier. Putem să o facem în 10 ani, și dacă vom avea succes, vom trimite la TED, în 10 ani, o hologramă care să vă vorbească. Vă mulțumesc. (Aplauze)