ความลึกลับของการทำงานของสมองมนุษย์สร้างปัญหาให้กับนักวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด มีความพยายามที่จะเลียนแบบสมองของมนุษย์อยู่เสมอ โครงการสมองมนุษย์ก็เป็นหนึ่งในความพยายามดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์อยู่ในขั้นตอนไหน? มีความสำเร็จหรือไม่?
สมองของมนุษย์เป็นคอมพิวเตอร์ทางชีววิทยาที่ลึกลับที่สุดที่เรารู้จัก ในความเป็นจริง เรามีความรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ไม่เพียงพอ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะพยายามเรียนรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ด้วยวิธีที่ซับซ้อนมากขึ้นตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมาก็ตาม เฉพาะเทคโนโลยีล่าสุดเท่านั้นที่สามารถให้ความรู้ที่แท้จริงแก่เราซึ่งเราคาดเดาได้เมื่อก่อนเท่านั้น สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนความจริงที่ว่าเรายังห่างไกลจากความตระหนักรู้อย่างเต็มที่ นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่อยู่ในขั้นตอนใด?
ที่น่าสนใจเช่นกัน: โครงข่ายประสาทเทียมคืออะไรและทำงานอย่างไร?
คำว่า "ปัญญาประดิษฐ์"
ในทศวรรษ 1950 เมื่อคำว่า "ปัญญาประดิษฐ์" ปรากฏขึ้นครั้งแรกในวงการวิทยาศาสตร์ และนักวิจัยด้าน AI ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าคุณสามารถสอนเครื่องจักรให้ทำสิ่งที่คุณทำเองไม่ได้ได้สำเร็จ พวกเขาก็รู้สึกตื่นเต้นกับสิ่งนี้ ความเป็นไปได้ง่ายๆ ที่เครื่องจักรสามารถเรียนรู้ พิสูจน์ทฤษฎีบททางคณิตศาสตร์ได้ด้วยตัวเอง (ตัวอย่างเช่น ด้วยโปรแกรม Logic Theorist ที่พัฒนาขึ้นในปี 1955 โดย Allen Newell และ Herbert Simon) หรือเล่นหมากฮอสและเอาชนะมนุษย์ (โปรแกรมโดย Arthur ซามูเอล วิศวกรของ IBM ซึ่งต่อมาเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด) ทำให้โลกวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการจำลองสมองมนุษย์โดยสมบูรณ์นั้นอยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่ปีเท่านั้น
ทศวรรษผ่านไป และแม้จะมีการเติบโตอย่างมหาศาลในพลังการประมวลผล การพัฒนาโครงข่ายประสาทเทียมและอัลกอริธึม AI ด้วยการเรียนรู้ของเครื่องเชิงลึก เรายังห่างไกลจากการจำลองแม้แต่เศษเสี้ยวของสมอง พูดง่ายๆ ก็คือ ผู้บุกเบิก AI ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ประเมินความสามารถของ "มวลคล้ายเยลลี่" ในเต่าของเราซึ่งมีน้ำอยู่ 90% ต่ำไปอย่างมาก
ที่น่าสนใจเช่นกัน: ChatGPT: คำแนะนำง่ายๆ สำหรับการใช้งาน
สมองมีความซับซ้อน
เมื่อแรกเกิด สมองของมนุษย์มีน้ำหนักประมาณ 300 กรัม สมองของผู้ใหญ่ที่พัฒนาเต็มที่จะมีน้ำหนักประมาณ 1,5 กิโลกรัม 1,5 กก. นี้บรรจุทั้งจักรวาลของเราและความสามารถทางจิตทั้งหมดที่เรามี ไม่เพียงแต่ผู้ที่มีสติเท่านั้น เช่น การคิดเชิงนามธรรม ความคิดสร้างสรรค์ แต่ยังรวมถึงสิ่งที่เราไม่ทราบด้วย เช่น การเคลื่อนไหวของการเคลื่อนไหว การควบคุมระบบไหลเวียนโลหิต การหายใจ และอื่นๆ อีกมากมาย
เป็นคำกล่าวที่ได้รับความนิยมในหมู่นักวิทยาศาสตร์ว่าสมองของมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์ประสาทประมาณ 100 พันล้านเซลล์ เราไม่ทราบจำนวนที่แน่นอน และอาจแตกต่างกันไปในแต่ละสายพันธุ์ของมนุษย์ แต่สมมุติว่านี่เป็นเรื่องจริง และจำนวนนี้ไม่น้อยนัก 100 พันล้านนั้นถือว่ามาก แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่สามารถจำลองวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าได้ อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือเซลล์ประสาทเป็นสิ่งที่ซับซ้อนกว่ามาก เช่น เทกเซลในกราฟิก 3 มิติ พิกเซลในรูปภาพ หรือวัตถุอื่นๆ ที่สามารถอธิบายได้ด้วยโค้ดเพียงเล็กน้อย
เซลล์ประสาทในสมองของเราเชื่อมต่อถึงกัน สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การเชื่อมต่อทางกายภาพ เพราะแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทแต่ละตัวจะแพร่กระจายไปทั่วร่างกายอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำงานได้ การส่งข้อมูลในสมองของเรานั้นขึ้นอยู่กับทั้งไฟฟ้า (แรงกระตุ้น) และเคมี (สารสื่อประสาท) เซลล์ประสาทแต่ละอัน (ลองนึกถึงภาพเซลล์ประสาทที่เป็นที่นิยมในขณะนี้ว่าเป็น "ต้นไม้" ที่มีเดนไดรต์ที่มีลักษณะเฉพาะ) สามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ ได้โดยใช้การเชื่อมต่อแบบซินแนปติกมากถึงหมื่นรายการ
เห็นด้วย การเชื่อมต่อ 10000 ครั้งจากเซลล์ประสาทหนึ่งเซลล์นั้นมีระดับความซับซ้อนที่สูงกว่าลอจิกเกตในทรานซิสเตอร์มาก หากเราพยายามนับจำนวนการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ทั้งหมดระหว่างเซลล์ประสาทและสถานะที่เซลล์ประสาทสามารถรับได้ในช่วงเวลาใดก็ตาม (เพียงอันเดียว) เราจะได้จำนวนมหาศาลที่เกินกว่าจำนวนอะตอมโดยประมาณในจักรวาลที่สังเกตได้ทั้งหมด เมื่อใช้แนวทางนี้ นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่เชี่ยวชาญด้านประสาทชีววิทยาและมีพื้นฐานด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์เชื่อว่า แม้จะมีระดับความรู้ในปัจจุบันและการพัฒนาที่คาดหวังไว้ การจำลองอวัยวะที่ซับซ้อนดังกล่าวอย่างสมบูรณ์ก็เป็นงานที่จะเกินความสามารถของเราในการ เวลานาน. แต่นี่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ไม่ทำอะไรเลยและไม่ประสบความสำเร็จอะไรเลย เรามาดูโปรเจ็กต์บางโปรเจ็กต์ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อจำลอง (หากไม่ใช่จิตใจมนุษย์ทั้งหมด) อย่างน้อยก็ส่วนหนึ่ง
อ่าน: 7 สุดยอดการใช้งาน ChatGPT
40 นาที XNUMX วินาที
ในปี 2013 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจากสถาบันเทคโนโลยีโอกินาวาและนักวิจัยชาวเยอรมันจาก Forschungszentrum Jülich ร่วมมือกันและใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดแห่งหนึ่งในโลกของเราในขณะนั้น (เรียกว่า K Computer ซึ่งเป็นผู้นำของรายการ Top500 ในปี 2011) ด้วยพลังการประมวลผล 8,16 PFLOPS (หรือ 8,16 ล้านล้านการดำเนินการจุดลอยตัวต่อวินาที) เพื่อพยายามจำลองเพียงเสี้ยวหนึ่งของสมอง โดยทั่วไป การจำลองประกอบด้วยการแมปการทำงานของเซลล์ประสาท 1,73 พันล้านเซลล์ ซึ่งร่วมกันสร้างเครือข่ายการเชื่อมต่อซินแนปติก 10,4 ล้านล้านรายการ นั่นเป็นมากกว่า 1 เปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของศักยภาพของ "เยลลี่" ทางชีวภาพที่ติดอยู่ในกะโหลกศีรษะของคุณ การจำลองใช้พลังเต็มที่ของโปรเซสเซอร์ 82944 Sparc64 VIIIfx (ระบบหนึ่งมีความถี่สัญญาณนาฬิกา 2 GHz และ 8 คอร์) แนวทางนี้ใช้ได้ผลหรือไม่?
ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ ใช่ แต่ในทางกลับกัน... มันขึ้นอยู่กับว่าคุณมองมันอย่างไร ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ใช้เวลาประมาณ 40 นาทีในการจำลองการทำงานของชิ้นส่วนโครงข่ายประสาทเทียมของสมองดังกล่าวเพียง 1 วินาทีเท่านั้น ดังนั้น แม้ว่าการจำลองได้ดำเนินการไปแล้วก็สามารถเรียกได้ว่าประสบความสำเร็จ เนื่องจากผลกระทบ เวลาในการคำนวณ และปริมาณของการจำลองแสดงให้เห็นว่าเรากำลังเผชิญปัญหาใหญ่อะไรที่นี่ และต้องจำไว้ว่าเมื่อจำนวนเซลล์ประสาทเพิ่มขึ้น ความซับซ้อนของเครือข่ายซินแนปติกจึงไม่เพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น แต่จะทวีคูณ! หากแม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สัญชาติอเมริกันที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งทำงานที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ และมีพลังการประมวลผลสูงถึง 1102 PFLOPS ซึ่งมากกว่าคอมพิวเตอร์ K ของญี่ปุ่นที่กล่าวถึงถึง 135 เท่า ถูกนำมาใช้สำหรับงานเดียวกัน มันก็ไม่ได้หมายความว่า ที่ Frontier สามารถจำลอง (ด้วยพารามิเตอร์โมเดลเดียวกัน) โครงข่ายประสาทเทียมที่ใหญ่กว่า 135 เท่า การจำลองแบบเดียวกันของหนึ่งวินาทีจริงของเครือข่ายเซลล์ประสาท 1,73 พันล้านเซลล์จะคงอยู่บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของอเมริกา ไม่ใช่ 40 นาที แต่น้อยกว่า 18 วินาที แต่นี่ยังเป็นมากกว่าการจำลองเครือข่ายแบบเรียลไทม์ และเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสิ่งที่เรามีอยู่ในหัว การจำลองการทำงานของจิตใจทั้งหมดยังคงอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามอยู่
อ่าน: เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมง่ายๆ
โครงการสมองมนุษย์ยุโรป
โครงการสมองมนุษย์ (HBP) ในแง่ของขนาดและเงินทุนที่จัดสรรสำหรับโครงการวิทยาศาสตร์นี้สามารถเปรียบเทียบกับโครงการอื่นที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ - โครงการที่มีชื่อเสียง "ยีนมนุษย์" ซึ่งกินเวลาตั้งแต่ปี 1990 ถึง 2003 เพื่อทำความเข้าใจจีโนมมนุษย์อย่างถ่องแท้ โครงการสมองมนุษย์มีเป้าหมายเพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสมองของเราได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม โครงการสมองมนุษย์ ซึ่งดำเนินมาตั้งแต่ปี 2013 และเดิมควรจะสิ้นสุดหลังจากการวิจัยมานานร่วมทศวรรษ (เช่น ในปี 2023) ไม่ได้ใกล้เคียงกับการจำลองสมองทั้งหมดเลยด้วยซ้ำ นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะบรรลุเป้าหมายอะไรจากการวิจัยนี้
เป้าหมายหลักของ HBP ไม่ใช่การจำลองสมองทั้งหมด เนื่องจากฉันหวังว่าเราได้แสดงให้เห็นแล้วว่างานนี้อยู่นอกเหนือความสามารถของอารยธรรมของเราในปัจจุบัน เป้าหมายคืออย่างน้อยก็สามารถควบคุมความซับซ้อนของสมองได้บางส่วน ซึ่งจะช่วยในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่น การแพทย์ วิทยาการคอมพิวเตอร์ ประสาทวิทยา ตลอดจนการพัฒนาเทคโนโลยีที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการทำงานของจิตใจของเรา
ผลลัพธ์ประการหนึ่งของโครงการ HBP คือการสร้างแพลตฟอร์มดิจิทัลสำหรับการวิจัยสมอง EBRAINS EBRAINS เป็นแพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สที่ช่วยให้นักวิจัยจากทั่วโลกใช้เครื่องมือดิจิทัลที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมคลาวด์ที่ปลอดภัย กล่าวอีกนัยหนึ่ง EBRAINS มอบเครื่องมือแก่นักวิทยาศาสตร์ในการสร้างแบบจำลองและวิเคราะห์การทำงานของแต่ละพื้นที่ของสมอง
เครื่องมืออย่างหนึ่งคือโปรแกรมจำลองสมองเสมือนจริงที่สร้างโดย HBP และ EBRAINS เครื่องมือนี้ไม่สามารถจำลองการทำงานของสมองทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์ แต่ช่วยให้นักวิจัยยาใหม่ ๆ สามารถจำลองผลกระทบต่อกลุ่มเซลล์ประสาทได้ ซึ่งในทางกลับกันจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ ที่เป็นประโยชน์สำหรับโรคที่ซับซ้อน เช่น โรคอัลไซเมอร์ โรคซึมเศร้า โรคพาร์กินสัน และอื่นๆ
ที่น่าสนใจเช่นกัน:
- ดังนั้นจะพูดหรือไม่พูด? มัสค์ปฏิเสธไม่คุยกับปูติน แต่มี "แต่"
- ปืนใหญ่สมัยใหม่คืออาวุธชั้นยอดของยูเครน แล้วทำไมอีลอน มัสก์ถึงมาอยู่ที่นี่ได้?
ความคิดริเริ่มของ US BRAIN
โครงการที่ใหญ่กว่าและใหม่กว่าที่ริเริ่มโดยสถาบันวิจัยของอเมริกาก็คือ US BRAIN Initiative นี่เป็นอีกโครงการวิจัยมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ที่ใช้เวลาหลายปีและมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างแผนที่การเชื่อมโยงระหว่างมนุษย์ การเชื่อมต่อคืออะไร? นี่คือชุดของการเชื่อมต่อเส้นประสาทของสิ่งมีชีวิตนี้ เช่นเดียวกับที่จีโนมเป็นแผนที่ที่สมบูรณ์ของสายโซ่พันธุกรรม และโปรตีโอมเป็นแผนที่ที่สมบูรณ์ของโปรตีนของสิ่งมีชีวิตที่กำหนด เรารู้จักจีโนมมนุษย์แล้ว การค้นพบนี้ใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์ ปัจจุบัน การทดสอบจีโนมมีอยู่อย่างแพร่หลาย ตัวอย่างเช่น การทดสอบทางพันธุกรรมเพื่อดูว่ามีข้อบกพร่องต้องเสียค่าใช้จ่ายหลายร้อยเหรียญสหรัฐ จีโนมที่สมบูรณ์มีราคาแพงกว่าเล็กน้อย แต่ยังคงมีลำดับความสำคัญน้อยกว่าต้นทุนของการอ่าน DNA ของมนุษย์ครั้งแรก
กลับไปที่ Connectome และโครงการ American BRAIN กัน วัตถุประสงค์ของโครงการนี้คืออะไร? จอช กอร์ดอน ผู้อำนวยการสถาบันสุขภาพจิตแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาในเมืองเบเธสดา รัฐแมริแลนด์กล่าวว่า “การรู้จักเซลล์สมองทุกประเภท ว่ามันเชื่อมต่อกันอย่างไร และพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร จะเปิดแนวทางการรักษารูปแบบใหม่ที่เราทุกวันนี้ จินตนาการไม่ออกเลย” ปัจจุบันมีการสร้างและพัฒนาบัญชีรายชื่อเซลล์ประสาทที่ใหญ่ที่สุดในโลก แค็ตตาล็อกนี้เรียกว่า BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) อธิบายจำนวนเซลล์ต่างๆ ในสมอง สัดส่วนที่เกิดขึ้น การกระจายเชิงพื้นที่อย่างไร และปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างเซลล์เหล่านั้น
แนวทางนี้มาจากไหน? จากความต้องการเข้าใจว่าสมองทำงานอย่างไร ข้อดีของแนวทางนี้อธิบายไว้ในแถลงการณ์ถึง Nature โดยนักประสาทวิทยา คริสตอฟ คอช นักวิทยาศาสตร์หลักของโครงการ MindScope ซึ่งดำเนินการโดยสถาบัน Allen Institute for Brain Science ในซีแอตเทิลว่า "ไม่มีอะไรในวิชาเคมีที่สมเหตุสมผลเลยหากไม่มีตารางธาตุของ องค์ประกอบต่างๆ จะไม่มีอะไรสมเหตุสมผลในการทำความเข้าใจสมองหากไม่เข้าใจการมีอยู่และการทำงานของเซลล์แต่ละประเภท"
หากเราบรรลุศักยภาพทางเทคโนโลยีตามสมมุติฐานในการสแกนเซลล์ทีละเซลล์ และสร้างสมองมนุษย์ขึ้นมาใหม่ วิธีการดังกล่าวจะหมายความว่าแม้ว่าเราจะประสบความสำเร็จ (ซึ่งปัจจุบันไม่เป็นไปตามความเป็นจริง) เราก็จะยังคงไม่เข้าใจว่าทำไม สมองทำงานตามที่เกิดขึ้นจริง และไม่สำคัญว่าเราจะพูดถึงสมองในฐานะอวัยวะทางชีววิทยาที่มีชีวิต หรือเป็นอวัยวะที่เลียนแบบมาจากระบบดิจิทัล สมองและไดเรกทอรี บิกซีเอ็น เป็นจุดเริ่มต้นในการทำความเข้าใจโครงสร้างและการทำงานของวงจรประสาทแต่ละวงจร จึงเป็นการเข้าใจพฤติกรรมที่ซับซ้อนซึ่งควบคุมสิ่งมีชีวิตทุกชนิดด้วยอวัยวะที่ซับซ้อนพอๆ กับสมอง
การวิจัยยังคงดำเนินต่อไป และนักวิทยาศาสตร์ก็นำเสนอความสำเร็จใหม่ของพวกเขาอย่างต่อเนื่องบนเว็บไซต์ที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ ดังนั้นฉันแน่ใจว่าอีกไม่นานการค้นพบที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นรอเราอยู่
ที่น่าสนใจเช่นกัน:
อีกไม่นานก็จะสามารถเอาสมองของทุกคนออกไปได้โดยไม่จำเป็น...