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.
Našou misiou je zostrojiť detailný a realistický počítačový model ľudského mozgu. Posledných pár rokov sme testovali niekoľko konceptov, na menšej vzorke hlodavcov. Toto testovanie v súčasnosti rozširujeme, aby sme obsiahli aj ľudský mozog.
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.
Prečo to vlastne robíme? Najmenej z troch dôvodov: Po prvé, porozumieť ľudskému mozgu je pre nás zásadná vec, ak máme spoločensky napredovať, myslím, že je to kľúčový krok v evolúcii. Druhý dôvod je, že experimenty so zvieratami nemôžeme robiť donekonečna, ale potrebujeme zahrnúť všetky naše poznatky a vedomosti do funkčného modelu. Je to ako Noeho Archa, podobné archívu. Tretím dôvod je že, na svete sú dve miliardy ľudí postihnutí mentálnymi poruchami a lieky ktoré sa v súčasnosti používajú, sú prevažne empirické. Myslím, že môžeme prísť s veľmi konkrétnymi riešeniami, ako liečiť postihnutia.
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.
Teraz sme už dokonca v štádiu používať model mozgu vo výskume niektorých zásadných otázok, o tom ako mozog funguje. A tu, na TEDe, po prvý krát by som s vami rád zdieľal a predstavil - jednu teóriu --- je viacej teórii-- jednu teóriu fungovania mozgu. Táto teória hovorí, že mozog vytvára, buduje, verziu vlastného vesmíru. A túto svoju predstavu vesmíru projektuje ako bublinu, ktorá všetko obklopuje.
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.
Samozrejme, že toto je už po stáročia predmetom filozofickej diskusie, ale po prvý krát to môžeme skutočne ukázať na simulácii mozgu, a pýtať sa veľmi systematicky a presne otázky čí by táto teória mohla byť pravdivá. Dôvodom prečo je mesiac na horizonte veľký, je jednoducho preto, lebo bublina nášho vnímania, sa nedokáže natiahnuť na 380 000 kilometrov. Spotrebuje svoj priestor. A tak urobíme to, že porovnávame budovy v našej bubline vnímania a urobíme rozhodnutie. Rozhodneme, že je práve tak veľký, napriek tomu, že nie je taký veľký.
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)
A toto nám ilustruje fakt, že rozhodnutia sú kľúčové faktory, ktoré podporujú našu bublinu vnímania. Udržiavajú ju pri živote. Bez týchto rozhodnutí nemôžete vidieť, nemôžete myslieť a nemôžete cítiť. Možno si myslíte, že anestetiká takto fungujú, že vás uvedú do stavu hlbokého spánku, alebo blokovaním vašich receptorov tak, že necítite bolesť, v skutočnosti ale väčšina anestetík takto nefunguje. Robia to, že narobia v mozgu hluk tak, že neuróny si vzájomne nerozumia. Sú zmätené, a vy sa nemôžete rozhodovať. Takže, kým sa snažíte dať vašu myseľ do poriadku, doktor alebo chirurg, čo si rúbe cestu do vášho tela, je dávno preč. Je doma a popíja čajík. (Smiech)
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.
Keď vchádzate do dverí a otvárate ich, aby ste vnímali musíte robiť niečo neodolateľné, robíte rozhodnutia. Tisícky rozhodnutí o veľkosti miestnosti, stenách, výške, objektoch v miestnosti. 99% z toho čo vidíte, nevstupuje do vašej mysle očami. Usudzujete to o tej miestnosti. S nejakou určitosťou môžem povedať „Myslím, teda som.“ Avšak nemôžem povedať, " Vy myslíte, preto ste" pretože Vy ste v mojej bubline vnímania.
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.
Môžeme o tom špekulovať a filozofovať avšak nasledujúcich sto rokov to vôbec netreba. Môžeme sa pýtať veľmi konkrétnu otázku „Môže mozog vytvárať takúto percepciu (vnímanie)?“ Je toho schopný? Má na to materiál? A to sa vám pokúsim dnes opísať.
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.
Vesmíru trvalo 11 miliárd rokov, kým vznikol mozog. Bolo ho treba trochu vylepšiť. Pridať čelnú časť, aby ste mali inštinkty, aby sa vysporiadal s pobytom na súši. Najväčším skokom však bol neokortex. Je to nový mozog, potrebovali ste ho. Cicavce ho potrebovali, pretože sa potrebovali vysporiadať s rodičovstvom, spoločenskou interakciou, komplexnými kognitívnymi funkciami.
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.
Dnes môžeme vlastne neokortex považovať za posledné riešenie vesmíru takého ako ho poznáme. To je vrchol, konečný produkt ktorý vesmír vytvoril. Bol v evolúcii natoľko úspešný, že od myši k človeku sa zväčšil približne tisíc krát pokiaľ ide o množstvo neurónov, aby takto vytvoril skoro strašidelný orgán, štruktúru. A svoju evolučnú cestu ešte stále nezastavil. Ľudský neokortex a ľudský mozog sa v skutočnosti vyvíja ohromnou rýchlosťou.
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.
Ak sa priblížime k povrchu neokortexu, zistíte, že je vyrobený z malých modulov, G5 procesorov, podobne ako počítač. Týchto sú však milióny. V evolúcii boli natoľko úspešné, že sme ich duplikovali, znova a znova, a pridávali viac a viac do mozgu kým sme spotrebovali priestor v lebke. Mozog sa začal nabaľovať sám na seba, čo je dôvod, prečo je neokortex tak nesmierne spletitý. Zabaľujeme ich do stĺpcov, aby sme mali viacej neokortexových stĺpcov na vykonávanie ešte zložitejších funkcii.
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.
Neokortex si môžete vlastne predstaviť ako obrovské piano, s miliónom klávesníc. Každý z týchto neokortexových stĺpcov Bude vydávať vlastný tón. Vy ho stimulujete; on produkuje symfóniu. Avšak nejde len o symfóniu vnímania. Je to symfónia vášho vesmíru, vašej reality. Trvá to samozrejme roky, kým sa naučíte hrať na piane, čo má milión kláves. Preto musíte poslať deti do dobrých škôl, dúfajme, že nakoniec na Oxford. Ale nejde len o vzdelanie. Je to tiež genetika. Mohli ste sa narodiť ako šťastlivec. Alebo viete ako ovládať vaše neokortexové stĺpce a komponujete perfektnú symfóniu.
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.
Je tiež teraz nová teória autizmu, čo sa volá "Intense world teória" a tvrdí, že neokortexové stĺpce sú super-stĺpce. Sú veľmi reaktívne a nesmierne plastické a pravdepodobne práve preto sú autisti schopní vytvoriť a naučiť sa symfóniu, ktorá je pre nás nepochopiteľná. Môžete tiež pochopiť, že ak máte chorobu, v jednom z týchto stĺpcov nota bude znieť niekde mimo. Vnímanie, symfónia, ktorú vytvárate sa pokazí a prejavia sa symptómy choroby.
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?
Takže, pre neurológiu svätý grál je pochopiť dizajn neokortexových stĺpcov. A nejde len o neurológiu, ide možno o to pochopiť vnímanie, pochopiť realitu a možno tiež pochopiť fyzikálnu realitu. Posledných 15 rokov sme sa snažili neokortex systematicky rozanalyzovať. Je asi ako dokumentovať jednotlivé časti pralesa. Koľko má stromov? Aký majú tvar? Koľko rozličných druhov stromov má, a kde sú umiestnené?
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.
A je to ešte viacej ako len dokumentácia, pretože v skutočnosti musíte popísať a objaviť všetky formy komunikácie. Pravidlá konektivity. Pretože neuróny sa neradi spájajú s hociktorými inými neurónmi. Veľmi starostlivo si vyberajú, s kým sa spoja. Je to viac ako len dokumentáciu aj preto, lebo potrebujete zostrojiť ich trojrozmerný digitálny model. A toto sme robili pre desiatky tisícov neurónov, budovali sme model pre všetky rozličné typy neurónov, s ktorými sme prišli do kontaktu. A keď to už máte, môže nakoniec začať budovať neorkotexový stĺpec.
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.
Tu ich vlastne navíjame. Avšak keď to robíte, zbadáte že, jednotlivé vetvy sa navzájom križujú. prakticky v miliónoch miestach. V každej z týchto križovatiek Môžu vytvoriť synapsiu. Synapsia je chemická lokácia, kde môžu neuróny navzájom medzi sebou komunikovať. Spoločne tieto synapsie vytvoria sieť alebo mozgový obvod. Obvod si môžete predstaviť ako mozgovú tkaninu. Keď si predstavíte túto látku, štruktúru, ako je zostrojená? Aký je vzorec pre tento koberec? Uvedomíte si, že to zásadne spochybňuje všetky teórie mozgu osobitne teóriu, ktorá hovorí, že je nejaká realita mimo tohto koberca, mimo tohto osobitného koberca s jedinečnou štruktúrou.
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.
Dôvodom je, že najväčším tajomstvom mozgovej stavby je diverzita. Každý neurón je iný. Tak isto ako v prírode. Každá borovica je iná. Môžeme mat veľa typov stromov, ale každá jedna borovica je odlišná. A to isté platí pre mozog. Takže v mojej hlave nie je ani jeden neurón rovnaký ako druhý, a neexistuje ani jeden neurón rovnaký v mojej a vašich hlavách. A vaše neuróny nie sú nasmerované a umiestnené presne takým istým spôsobom. A môžete mat viac alebo menej neurónov. Je veľmi nepravdepodobné, že by ste mali rovnakú štruktúru, rovnaký obvod.
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.
Takže, ako sme vôbec mohli vytvoriť realitu, v ktorej by sme sa dorozumeli? Nuž, nemusíme špekulovať. Môžeme sa pozrieť na všetkých desať miliónov synapsí. Môžeme sa pozerať na štruktúru. A môžeme zmeniť neuróny. Môžeme meniť neuróny, používať rôzne variácie, môžeme ich umiestniť na rôzne miesta, nasmerovať ich v rozličných miestach, môžeme ich používať viac alebo menej. Keď to robíme, zistíme, že obvod sa mení, ale vzorec akým sa obvod konštruuje sa nemení. Štruktúru mozgu, čí je váš mozog väčší, menší, bez ohľadu na rozličné typy neurónov, rôznorodé stavby neurónov, v skutočnosti zdieľame všetci tú istú štruktúru. Myslíme si, že toto je osobitosť druhu, čím sa dá vysvetliť, prečo nemôžeme komunikovať medzi ostatnými druhmi.
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.
Takže spustime to. Skôr ako to urobíme, to čo musíte urobiť musíte to oživiť. Podarilo sa nám to oživiť rovnicami, veľkým množstvom matematiky. Sú to práve rovnice, ktoré integrujú neuróny do elektrických generátorov, objavené dvoma Cambridgeskými Nobelovými laureátmi. Máme matematiku, aby sme neuróny oživili. Matematikou tiež vieme opišať, ako neuróny zbierajú informácie, ako vytvárajú malé svetelné záblesky, aby medzi sebou komunikovali. Keď sa dostanú k synapsii urobia to, že jej efektívne spôsobia doslova šok. Elektrický šok, ktorý zo synapsí uvoľňuje chemikálie.
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.
A my máme matematiku, aby sme tento proces popísali. Dokážeme popísať komunikáciu medzi neurónmi. Prakticky je to len hŕstka rovníc, ktorými potrebujete simulovať aktivitu neokortexu. To čo však potrebujete je veľmi veľký počítač. V skutočnosti potrebujete jeden laptop, aby robil všetky kalkulácie len pre jeden neurón. Takže potrebujete desať tisíc laptopov. Takže kam pôjdete? Idete do IBM, a dostanete superpočítač, pretože vedia ako dať dokopy 10 tisíc laptopov a dať do skrine o veľkosti chladničky. Teraz máme tento Blue Gene superpočítač. Môžeme nahrať všetky neuróny každý na svoj procesor a rozpáliť to a sledovať, čo sa stane. Zajazdiť si na lietajúcom koberci.
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.
Tu sme to aktivovali. A tu máme predbežný náhľad, čo sa deje vo vašom mozgu keď dostane podnet. Je to prvý náhľad. Keď sa na to prvý krát pozriete, poviete si, „Dobrý Bože ako sa z toho vytvorí realita?“ Ale v skutočnosti môžete pokračovať, aj keď sme tento neokortexový stĺpec netrénovali, vytvárať špecifickú realitu. Môžeme sa ale pýtať: „Kde je ruža?“ Môžeme sa pýtať, "Kde vnútri sa nachádza, keď ho stimulujeme obrazom? Kde vnútri neokortexu sa nachádza? Nakoniec tam niekde bude, ak tento stimul dostane.
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.
Spôsob, ako sa na to môžeme pozerať je ignorovať neuróny, ignorovať synapsie, a pozrieť sa len na hrubú elektrickú aktivitu. Pretože o to vlastne ide, to vytvára. Vytvára elektrické vzorce. Keď sme to urobili, vlastne, prvý krát, sledovali sme túto ducho-podobnú štruktúru: Elektrické objekty objavujúce sa vnútri neokortexového stĺpca. Sú to práve tieto elektrické objekty, ktoré obsahujú všetky informácie o čomkoľvek čo simulovali. Keď sme to celé priblížili je to niečo ako skutočný vesmír.
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)
Ďalším krokom bude len vziať tieto mozgové súradnice, a premietať ich do vnímateľného priestoru. Ak to urobíme budeme schopní vkročiť do vnútra reality, ktorá je vytváraná týmto strojom, touto časťou mozgu. Na záver, myslím si, že vesmír môže ma5 -- je to možné -- mozog, ktorý natoľko dospel, že je schopný vidieť sám seba. Môže to byť prvý krok v procese uvedomovania si samého seba. Veľa toho ešte ostáva na testovanie týchto teórii a na testovanie ostatných teórii. Ale dúfam, že ste aspoň čiastočne presvedčení, že nie je nemožné postaviť mozog. Do desiatich rokov sme toho schopní, a ak v tom uspejeme pošleme vám sem na TED o 10 rokov hologram, aby k vám hovoril. Ďakujem vám. (Potlesk)