можно ли скопировать мозг
Могут ли нейронные сети помочь скопировать мозг?
Жаль только — жить в эту пору прекрасную уж не придется — ни мне, ни тебе. Н.Некрасов.
Говорят, что мозг-де можно смоделировать на компьютере, нейронные сети есть модель мозга, можно скопировать сознание человека.
Вообще-то, это совсем не так. К сожалению, в мозге сигналы передаются электрохимическим путем. Каждый нейрон при этом содержит от тысячи и до сотен тысяч связей. В течение дня тысячи связи разрушаются, при этом образуются новые.
Но и это еще не все! Сами по себе электрические импульсы лишь побуждают нейрон к определенной реакции.
Дело в том, что электрохимический способ передачи информации говорит о том, что в передаче информации в мозге используются специальные химические реакции. Механизм достаточно детально описан в этом посте.
В целом добавим, что нейронов в мозге до 100 миллиардов, и получается такая комбинация вариантов, что смоделировать эту систему нельзя на данном этапе развития человека.
Во-первых, из-за динамики перестройки нейронных связей в мозге — пока нет такого трехмерного сканера.
Во-вторых, из-за аппаратных ограничений.
Хочется верить, что Гуглу удастся смоделировать мозг. Но только думаю, что дожить до момента, когда скопировать свое сознание и продолжить жить, нам не придется.
Закончу цитатой из интервью с доктором биологических наук Сергеем Савельевым.
— Все это, конечно, интересно, Сергей Вячеславович. Но я приехал сюда с другим вопросом: меня интересует возможность переноса сознания на другие носители.
— Чиво-о? Вы не сюда должны были ехать, а на Канатчикову дачу.
Я расхохотался. Такие ученые мне положительно нравятся. Безжалостен, как самурай!
— С дачей погодим немного. Я вообще противник дач. Я к вам как к мозговеду…
— Да это маразм, типа нейрокомпьютеров! Люди, которые рассуждают о переносе сознания, не имеют даже базовых представлений об устройстве мозга!
Я решительно запротестовал:
— Мозг — материальная структура. А значит, ее можно скопировать, смоделировать. Если у нас есть машина, которая работает на электричестве…
— Это у физиологов мозг работает на электричестве! — Савельев постучал трубкой о пепельницу, как костяшками пальцев о тупую голову. — Они со времен Бехтерева не отличаются интеллектом. Электрические сигналы направляются к мышцам, а содержательная информация передается в мозгу электрохимическим путем, через синапсы. Слабоумные инженеры пытаются смоделировать на компьютере с помощью электросигналов и примитивных процессоров работу мозга! Это даже смешно. Убого и по архитектуре и логике. У мозга есть одно свойство. Каждый нейрон, у которого связей с соседними клетками от десяти тысяч до миллиона, каждый день по нескольку связей разрушает и выстраивает новые. А это значит, что для моделирования мозга человека нам нужно создать компьютер, в котором было бы 150 миллиардов процессоров, а внутрь каждого процессора посадить по китайцу с паяльником — контакты перепаивать. Программно это сделать нельзя.
Цифровое бессмертие: можно ли записать мозг на носитель
Мозг мухи-дрозофилы имеет толщину 300 мкм. Этот крошечный биологический аппарат насчитывает несколько сотен тысяч нейронов, что не идет ни в какой сравнение со 100 млрд нейронов, заключенных в мозге Homo sapiens. Тем не менее дрозофила и ее родня по мушиному племени вовсе не являются примитивными существами. Попробуйте поймать муху, и она скорее всего ускользнет — такой реакции позавидует любой спортсмен. Эти насекомые умеют летать, видеть в ультрафиолетовых лучах и прекрасно ориентируются в пространстве без всякого GPS. Мозг мухи — ничтожная капля живой материи — работает как совершенный электронный вычислитель и устроен гораздо сложнее.
Разобрать на детали
Человек, конечно, куда более продвинутое существо. Его интеллект создал много удивительных вещей, например электронный микроскоп, делающий снимки с разрешением 10 млрд пикселей, или устройство, способное нарезать мозг дрозофилы на тончайшие пленочки толщиной 50 нм. Слой за слоем микроскоп фотографирует мозг мухи. Затем программное обеспечение анализирует снимки, распознавая тело нейрона, аксоны, дендриты, синапсы. Цель подобных исследований, которые проводились, например, в знаменитой нейробиологической лаборатории Janelia Farm, находящейся в штате Виргиния (США), — создать 3D-схему всех существующих в мозге насекомого соединений.
Картографирование мозга живого существа — одно из самых интересных направлений современной нейробиологической науки. Ведь для того чтобы что-то чинить, неплохо бы иметь схему этого устройства и понимать, как оно работает. Причем очевидно, что хоть мозг той же дрозофилы на порядки проще, чем мозг человека, базовые принципы, на которых они работают, идентичны, а идти к сложному от простого куда легче. Чем ближе мы подходим к пониманию устройства мозга, тем скорее медицина научится помогать страдающим от тяжелых и ныне неизлечимых заболеваний, связанных с поражением серого вещества. Но дело не только в этом.
Чип подражает синапсу
Мозг принято сравнивать с компьютером, но давно уже известно, что это подобие лишь весьма поверхностно: под нашей черепной коробкой идут процессы, принципиально отличающиеся от цифровых вычислений, основанных на бинарной логике. С другой стороны, мозг есть природный объект, работающий по законам физики. А там, где физика — там и математика. Если правильно измерить все параметры мозга, численно оценить его работу в динамике, то возможно создать математическую модель серого вещества и эмулировать ее на цифровом компьютере. Действия в этом направлении уже активно предпринимаются — недавно мы рассказывали о проекте Blue Brain, в рамках которого создается компьютерная модель неокортекса крысы. В прошлом году сообщалось, что в лабораториях MIT были разработаны чипы, эмулирующие работу синапсов, то есть мест контакта между нейронами. Чипы имитируют действия ионных каналов, передающих от нейрона к нейрону электросигналы в виде ионов натрия, кальция или калия. В отличие от обычных микросхем, транзисторы которых имеют лишь два состояния, соответствующие логическим «1» и «0», чипы нового поколения варьируют силу сигналов в более широком диапазоне, именно так, как это происходит в мозге. О схожих достижениях публике докладывали представители IBM. Все это означает, что работы по своего рода реверсивному инжинирингу физических конструкций мозга уже идут вовсю.
Соблазн сингулярности
К какому же горизонту стремится прогресс в этой области? В последнее время часто говорят о технологической сингулярности (ТС) — явлении, научное обоснование которому дал известный американский специалист по искусственному интеллекту Рэймонд Курцвейл. В общефилософском плане под ТС понимают некий качественный скачок в научно-техническом прогрессе, в результате которого он станет настолько сложным, что перестанет быть доступным пониманию обычным человеческим разумом. Однако в применении к прогрессу в вычислительной технике, когда речь идет о ТС, обычно имеется в виду, что в определенный момент (если закон Мура будет продолжать действовать) производительность компьютеров окажется достаточно высокой, чтобы полностью эмулировать человеческий мозг. С другой стороны, работы нейробиологов позволят к этому же моменту полностью разобраться с устройством мозга и подготовить все необходимое для. загрузки сознания на компьютер. Загрузку сознания (Mind Uploading) иногда еще называют созданием небиологического субстрата для человеческого разума. И в мире есть немало людей, в том числе имеющих отношение к науке, которые верят в возможность переноса личности с биологической основы на более надежную и нестареющую — на компьютерное «железо».
Перспективы рисуются фантастически привлекательные. Например, скопированное на жесткий диск (или что там придумают в будущем?) «я» трудится на работе и совсем не устает — оно же компьютер! А настоящее «я» отдыхает, философствует, размышляет над интересными вопросами. Или еще одна идея — придать человеческому интеллекту, который во многих специальных вычислительных задачах и сейчас уступает компьютеру по быстродействию, сверхчеловеческие вычислительные возможности. Мы мыслим глубоко, как человек, и считаем быстро, как суперкомпьютер, — о таком можно только мечтать! Ну и наконец, главное — перенесение сознания из головы на сервер фактически дарует человеку бессмертие, если предположить, что этот сервер будет всегда находиться в рабочем состоянии. А может быть, это будет не сервер, а робот, который сохранит ощущения «я» того человека, сознание которого скопировано в электронный мозг андроида. Есть альтернативный вариант: с помощью нанороботов постепенно и безболезненно для человека заменить в его голове биологические элементы мыслительной машинерии на почти вечные наночипы, которые точно смоделируют работу своих недолговечных аналогов.
Мозг с футбольное поле
Реально ли кремниевое бессмертие? При всей привлекательности этой концепции есть множество ученых, скептически оценивающих ее реалистичность. Одно из препятствий связано с огромной материало- и энергоемкостью ныне существующих цифровых аналогов участков мозга. Мозг человека весит как обычный ноутбук при потребляемой мощности 20 Вт. Проект Blue Brain включает в себя массив суперкомпьютеров, стоящих в огромном зале и пожирающих колоссальное количество энергии. По сегодняшним расчетам, полная компьютерная эмуляция мозга человека потребует по меньшей мере футбольного поля, заставленного суперкомпьютерами. Энтузиасты сингулярности возражают в ответ: мы уже видели на своем веку, как вычислительные возможности многоэтажных мэйнфреймов вдруг оказывались в распоряжении портативных устройств. Вот и в будущем — возможно, благодаря развитию квантовых компьютеров — нынешние футбольные поля с серверами сожмутся до карманных масштабов. И может быть, эти люди правы, но на пути к сингулярности есть препятствия и более фундаментального характера.
Проект Lifelike, инициаторами которого совместно стали Университет Центральной Флориды и Университета штат Иллинойс в Чикаго, представляет собой одну из самых интересных попыток виртуального «продления» жизни. Его герой – доктор Алекс Шварцкопф, авторитетный ученый, сотрудник Национального научного фонда США, ныне на заслуженном отдыхе.
В ходе реализации проекта создается виртуальный двойник доктора, который сохранит для молодых поколений не только научный и интеллектуальный опыт Шварцкопфа, но также и его внешность, мимику, голос, манеру общаться. Задача распределена между лабораториями двух университетов.
Исследователи из Чикаго занимаются «внешним видом» компьютерного доктора. С помощью Vicon – программы захвата движений (motion capture) они передают виртуальному двойнику от его прообраза манеру двигаться. Программа FaceGen используется для воспроизведения корректной мимики.
Группа ученых из Флориды отвечает за интеллект «виртуала» и его умение общаться, в том числе с несколькими собеседниками. Для этого создана, в частности, система AskAlex, которая дает возможность любому человеку побеседовать с появляющемся на дисплее двойником доктора Шварцкопфа о научных проблемах, решению которых посвятил свою жизнь настоящий доктор.
Мозг — живой, а потому он постоянно меняется и развивается, реагируя на ту или иную информацию, которую поставляют ему органы чувств. Причем реакция на одинаковую информацию всякий раз будет отличаться от предыдущей. Такую систему очень трудно «уловить» в статике, зафиксировать ее однозначное состояние. Кроме того, прежде чем переносить сознание из мозга живого человека в компьютер, управляющий роботом, надо для начала выяснить две вещи: во-первых, что такое сознание, и во-вторых, каким же образом мозг кодирует информацию внутри себя. Пока научные представления об этом сводятся к набору гипотез. В частности, сознание описывается как сочетание внимания и кратковременной памяти, но этого слишком мало, чтобы понять, способен ли робот ощущать свое «я». Попытки расшифровать нервный код, тот самый «софт», которым пользуется мозг, приносят определенные результаты: в частности, установлено, что в кодировании задействованы не просто электрические сигналы, но и разные значения их уровня, а также временные промежутки между ними. Однако до того момента, когда всю нашу богатую чувственную и интеллектуальную жизнь ученые смогут однозначно описать на языке нервного кода, а потом переложить этот код в бинарный цифровой, так далеко, что даже нельзя точно сказать, настанет ли когда-нибудь этот момент.
Цифровое бессмертие: есть ли жизнь после смерти в компьютере
Майкл Грациано — профессор психологии и неврологии в Принстонском университете. Он изучает нейробиологические основы сознания и работу головного мозга.
Представьте будущее, в котором никто не умирает — наоборот, сознание человека загружается в цифровой мир. Там оно может существовать в теле-аватаре в правдоподобной искусственной реальности и даже возвращаться, влияя на биологический мир.
Потенциал загрузки сознания колоссален, но что потребуется для сканирования мозга и переноса его сознания?
Главная сложность состоит в сканировании мозга со степенью детализации, достаточной для запечатления сознания и последующем точнейшем его воссоздании. Но для начала необходимо определить, что именно сканировать.
Мозг человека состоит примерно из 86 млрд нейронов, связанных друг с другом посредством как минимум 100 трлн синапсов. Данная модель соединения нейронов мозга, а точнее — комбинации всех нейронов и их взаимосвязей, — называется коннектомом человека. Карта связей коннектома до сих пор не составлена, и механизм передачи сигналов между нейронами до конца не изучен.
Существуют сотни, а возможно и тысячи, различных видов соединений или синапсов. Каждый из них функционирует по-своему. Одни работают быстрее, другие — медленнее. Одни в процессе обучения быстро растут или сжимаются, другие более устойчивы во времени. И помимо триллионов четко определенных непосредственных парных соединений, существуют нейроны, которые испускают нейромедиаторы, одновременно воздействующие на множество других нейронов. Чтобы копировать сознание человека, необходимо создать карту различных видов взаимодействий.
Существует также немало факторов, влияющих на нейронные сигналы, но они пока мало изучены или не обнаружены вовсе. Приведем всего один пример.
На паттерны активности между нейронами, скорее всего, влияет тип клеток, называемых глия. Глия окружает нейроны и, как полагают некоторые ученые, подобных клеток в десять раз больше, чем нейронов. Раньше считалось, что глиальные клетки являются только структурной поддержкой, но хотя их функции до сих пор мало изучены, некоторые из них определенно могут генерировать собственные сигналы, влияющие на процесс передачи информации.
Как отсканировать мозг?
Существующего представления о мозге пока недостаточно, чтобы определить, что на самом деле необходимо для копирования сознания, но представим, что знание достигло требуемого уровня, как же тогда отсканировать мозг?
В настоящее время при помощи передовых неинвазивных методов, таких как МРТ, можно получать четкие сканированные изображения живого человеческого мозга с разрешением примерно в полмиллиметра.
Для обнаружения синапсов потребуется сканирование с разрешением около микрона — тысячной доли миллиметра. Для определения вида синапса и в точности насколько каждый из них активен, потребуется еще более высокое разрешение.
МРТ использует сильные магнитные поля. Для сканирования с разрешением, необходимым для распознавания деталей отдельных синапсов, потребуется настолько сильное поле, что ткани мозга просто сварятся. Поэтому чтобы совершить прорыв в качестве разрешения снимков, нужна принципиально новая технология сканирования.
Намного проще отсканировать мертвый мозг при помощи электронного микроскопа, но и эта технология никуда не годится, поскольку потребовалось бы сначала умертвить объект исследования.
Как оцифровать мозг
Допустим, что мы достаточно хорошо изучим мозг и поймем, что сканировать, а также изобретем технологию безопасного сканирования с высоким разрешением, но тогда тут же возникает проблема воспроизведения цифровых данных. Основными преградами будут вычислительные мощности и объемы хранения данных, правда, с каждым годом оба этих параметра улучшаются.
На самом деле мы намного больше продвинулись в плане компьютеров, чем в научном понимании и сканировании сознания. Искусственные нейронные сети уже управляют поисковыми системами в интернете, визуальными помощниками, беспилотными автомобилями, алгоритмической торговлей на Уолл-стрит и смартфонами. Никто еще не сумел построить искусственную сеть из 86 млрд нейронов, но если компьютерные технологии продолжат совершенствоваться, то можно будет управлять даже такими объемами данных.
На каждой стадии процесса сканирования и загрузки надо удостовериться в точности сбора необходимой информации, иначе можно ненароком получить испорченную версию сознания.
И хотя загрузка сознания теоретически возможна, для ее практической реализации, скорее всего, потребуется еще не одна сотня лет на разработку технологии и научного понимания. И все это упрется в проблемы этического и философского характера: кому будет доступна загрузка сознания в виртуальный мир? Какими правами будет обладать виртуальное сознание? Какие возможны злоупотребления этой технологией?
И даже если когда-нибудь загрузка сознания станет возможна, можно ли этим заниматься — вопрос по-прежнему открыт.
Перенос сознания на иной носитель методом «киберзамещения»
Периодически в комментариях к постам, так или иначе, всплывают обсуждения одного из направлений появления и развития искусственного интеллекта — копирование уже созданного природой но на иной базе.
Одна из первых этических проблем, с которой столкнутся исследователи в этом направлении, будет проблема определения самосознания и проблема определения процесса — копирование это или перенос. Цель этого поста, перенести обсуждение этой проблемы в комментарии, так как в ином месте чаще всего это является оффтопиком.
Если мы допускаем существование технологии, которое способно мгновенно скопировать все то что нас определяет как личность на иной носитель, что само по себе та еще проблема, возникает сложность с тем, что же сделать с оставшимся оригиналом. Наверное несколько легче будет, если этот вопрос будет решен самой технологией считывания/копирования, например если тело и сознание оригинала будет умерщвлено тем или иным способом, или даже уничтожено, и даже использовано для создания копии (например энергия). но в любом случае, мне кажется, само осознание того, что оригинальное тело прекратит свое существование, должно отпугивать потенциальных пользователей этого процесса.
Аргументами за то, что нет никакой разницы для сознания копия оно или нет, является утверждение что на протяжении всей жизни материя нашего тела и так многократно и полностью замещается, не говоря уже о том что наше сознание скорее всего не непрерывно, мы постоянно теряем его либо искусственно (с помощью хим.препаратов или физического воздействия) и даже во время сна. Т.е. не будет никакой разницы, что в определенный момент времени мы уснем человеком в биологической оболочке и проснемся в иной.
Лично я не согласен с подобным утверждением, по крайней мере оно не успокаивает, но этим можно воспользоваться для выбора направления развития методов этого копирования.
Я предлагаю проводить процесс копирования/переноса не мгновенно, а постепенно, имитируя таким образом естественный процесс замещения материи в человеке.
Вместо того, чтобы пытаться понять, что же такое сознание, как функционирует память и как ее можно скопировать, можно попытаться разобраться, как функционирует элементарные частицы той основы, на которой все это базируется — наша нервная система, наш мозг и его нейроны. Я вообще считаю, что попытка скопировать именно память и методы нашего мышления это так же глупо, как попытка сделать копию веб-ресурса, наблюдая только за его поведением.
Вообще то попытками эмуляции нейронов ученые занимаются уже сейчас:
Компания IBM разработала «нейросинаптический» компьютерный процессор TrueNorth, который по своей архитектуре эмулирует структуру человеческого мозга. Точнее, небольшой участок мозга, содержащий 1 млн нейронов и 256 млн синапсов.
Представьте себе машину, (которая может быть значительно больше по размерам, чем копируемое тело), постепенно, нейрон за нейроном замещающую клетки нашего мозга своими частями, сохраняя и эмулируя состояние каждой клетки в своем компьютере (или даже специализированном оборудовании, важной особенностью которого будет возможность копирования и возможно изменения скорости обработки данных). Пусть в тело вводятся нанороботы/наночастицы, управляемые снаружи, и каждая, достигая работающего нейрона, сначала анализирует его состояние, работая с ним синхронно, и, в какой то момент времени, уничтожает его, продолжая работать дальше. Этот процесс может длиться достаточно долго, чтобы сознание не почувствовало переход. Естественно вместе с замещением нервной системы необходимо замещение и остальных органов, полагаю со временем развития технологии это первое что мы вообще сможем сделать, сначала кибернизация органов тела и только после — нервная система.
Я считаю, что во время первых экспериментов с этим методом переноса можно будет продумать варианты отступления, когда нанороботы вместо уничтожения нервных клеток будут их восстанавливать и выводиться из организма. Т.е. если во время хода эксперимента выяснится что сознание или интеллект подопытного изменились в не нужном направлении или возникли какие то другие проблемы, можно попытаться сделать откат назад. Не думаю что этим можно будет воспользоваться для переноса разума в биологический носитель из цифрового, ведь эта операция не мгновенная, и ей необходим уже работающее тело и нервная система, но вполне вероятно что по мере развития технологии эмуляции нервных клеток, будет возможно создание биологического существа, у которого вместо биологических нервных клеток будут электронные. Возможно для кого то это будет этически приемлемым компромиссом.
В конечном счете, когда нанороботы полностью заместят нервную систему человека, можно будет считать что перенос состоялся. Конечно, компьютеру понадобится дополнительно эмулировать не только саму нервную систему но и весь остальной организм со всеми его органами чувств, а так же окружающую среду и ее воздействие на них.
А теперь самое грустное в этом методе. Если с помощью этой технологии мы получим работающую копию человека, мы не приблизимся к пониманию работы мозга и его развитию. Да, будет создана машина, которая будет думать как человек, но, этот человек в один момент времени сможет управлять робототехникой, если между ними и его сознанием будут сэмулированы интерфейсы по тому же принципу как сейчас мы управляем техникой. Т.е. у сознания будет те же два глаза и наврятли получится ‘вырастить’ третий, так же у него будет две руки, две ноги. Полученный организм будет мыслить с теми же ограничениями что и человек-оригинал, он будет мочь удерживать в сознании то же количество событий в один момент времени, у него будут те же проблемы с памятью, и вообще этот человек вполне способен сойти с ума по тем же причинам, что и оригинал… в общем это будет копия, почти со всеми недостатками органики.
В качестве бонусов для полученного разума возможно значительное ускорение работы всего организма, если технология замещения это позволит (а я думаю это будет возможно, так как слишком уж легко распараллеливаемыми получаются технологии). Так же возможно, самое главное, мгновенное копирование состояние всего разума (в цифровом виде это заметно проще чем в материальном) и параллельный запуск нескольких копий, в т.ч. в одной виртуальной реальности и скорости работы, т.е. эти сознания смогут общаться друг с другом, как если бы это были разные люди, естественно я говорю об обычном общении голосом или текстовыми сообщениями, как это происходит сейчас в материальном мире. К сожалению, этическая проблема копии-оригинала в этом случае не только останется, но даже усугубится. Ведь технически, при копировании в цифровом виде, не будет необходимости в уничтожении оригинала. Т.е. для того, чтобы разум смог воспользоваться созданным ранее бакапом самого себя, он должен для начала решить эту этическую проблему для самого себя.
Самое интересное начнется позже, если разум согласится на постоянное уничтожение и восстановление себя и своих копий в цифровом виде, а так же на различные эксперименты с самим собой (это гораздо тяжелее, осознавать, готовы ли мы согласиться на мучительные эксперименты над самим собой, зная какие страдания будут испытывать копии). Но вполне возможно, что именно с помощью такой технологии и начнется настоящее изучение разума и сознания, исследование памяти и возможности ее чтения и модификации. И чем черт не шутит, вдруг мы дойдем до возможности объединения двух или более копий одного и того же разума в один, с сохранением воспоминаний от обоих. Вот тогда, возможно, и начнется истинное развитие разума и искусственного интеллекта.
Подобное развитие было неплохо показано в фантастике, например Павел Шумил. ЭМБЕР. ЧУЖАЯ ИГРА.