Сaementarius Civitas Solis Aeterna (quangel) wrote,
Сaementarius Civitas Solis Aeterna
quangel

искусственный разум

Оригинал взят у budilnik в искусственный разум
Мозг из машины

США и Евросоюз форсируют исследования работы мозга, правительства и крупнейшие корпорации организуют мегапроекты конструирования искусственного мозга и «нейроморфных компьютеров». Мы решили разобраться, на что они надеются и получим ли мы в обозримой перспективе искусственный разум.



Человеческий мозг – самое сложное устройство в известной нам части мироздания. Каким волшебством этот розовый комок слизи рождает сознание, разум и весь субъективный мир? Как химические реакции могут определять наши душевные порывы? Как взаимодействие атомов может переходить в любовь и ненависть? Нет более интригующей тайны.

Со времен Декарта эта загадка вводила философов в ступор. Философов сменили исследователи – оптимистичные экспериментаторы, ищущие техническое решение любой проблемы. 1990-е годы были объявлены научным сообществом США и Европы «десятилетием мозга» - но тайна осталась нераскрытой, хотя над ней в последние годы жизни с энтузиазмом бился даже великий Фрэнсис Крик, расшифровавший код ДНК. Методы изучения мозговой активности даже близко не соответствовали уровню сложности мозга – это всё равно как изучать компьютер по его гудению и вертеть в руках его детали…

В 2005 году журнал Science, отмечая 125-летие, опросил ведущих ученых мира о главных проблемах, которые науке предстоит решить в ближайшие четверть века. Первые места заняли два вопроса: «Из чего состоит Вселенная?» и «Какова биологическая основа сознания?». Прошло еще 8 лет и настало время новой попытки, гораздо более масштабной, чем все предыдущие - после столетия экспериментов и совершенствования методов, наука о мозге приступает к решительному штурму этой проблемы.

«Новая космическая гонка»

В февральском обращении к согражданам Барак Обама заявил: «Настало время выйти на уровень научных исследований и разработок, не виданный с момента пика космической гонки». Оказалось, предпринятые правительством США сокращения госбюджета не коснутся передовых научных разработок, - «сейчас не время потрошить инвестиции в науку и инновации». Напротив, президент США предлагает «инвестировать в великие идеи» и раскошелится на нацпроект, подобный «Геному человека».

«Каждый доллар, который мы вложили в создание карты человеческого генома, вернул по 140 долларов в нашу экономику — каждый доллар! А сегодня наши ученые создают карту мозга». Обама имеет в виду Карту Активности Мозга, планируемую ведущими научными учреждениями США десятилетнюю исследовательскую программу, требующую бюджета порядка трех миллиардов долларов ( на «Геном человека» потратили $3,8 млрд, а в экономику, согласно правительственному исследованию, вернулось уже $800 млрд – и это лишь начало).

Не только американцы готовы вкладывать миллиарды в изучение мозга, несмотря на экономический кризис. Затянувшие пояса члены Евросоюза только что скинулись на миллиард евро ради проекта «Человеческий мозг», цель которого звучит как научная фантастика – создать действующую модель человеческого мозга. Оказалось, прогрессу как воздух нужны мегапроекты, подобные Большому Адронному Коллайдеру – без них не возникает фундаментальных прорывов, а развитие технологий уходит в совершенствование гаджетов и новых упаковок для старых идей.

В газетах пишут о начале новой «космической гонки». Мы правда на этот раз в ней не участвуем, у нас другие приоритеты, - строительство одной только «олимпийской» дороги Адлер - Красная поляна стоит дороже, чем оба эти проекта, вместе взятые. Ну а они-то за что сражаются?

Американский БАМ

- Мы - биологи, нанотехнологи, нейрологи (вообще-то большинство из нас работает на стыке дисциплин) - осознали это в сентябре 2011, на конференции в Британии, - вспоминает Джордж Чарч, профессор генетики из Гарварда, руководивший проектом «Геном человека», - мы поняли, что оказались в точно такой же ситуации, как были в 1984, когда придумали «Геном человека» - мы тогда не знали точно, получится ли, но мы просто почувствовали, что технологии для прорыва созрели.

Через год в почитаемом специалистами журнале Neuron вышла статья Кранча и пяти его весьма именитых коллег с проектом «Карта Активности Мозга» (Brain Activity Map, или, попросту, ВАМ) – цель которого научиться регистрировать импульсы всех нейронов в мозге свободно двигающегося животного, чтобы в любой момент иметь возможность видеть, что происходит с каждым нейроном.

- ВАМ позволит нам считывать информацию с каждого нейрона – и записывать информацию на отдельные нейроны, - поясняет Кранч, - может быть, тогда мы поймем, что такое сознание, или даже разные уровни сознания. Суть нашего предложения в том, чтобы создать технологии, которые позволят отслеживать каждый импульс каждого нейрона в мозге живого организма.
Задача крайне амбициозная, явно более дерзкая и рискованная, чем «Геном человека». В мозге почти в миллион раз больше синапсов (нейронных соединений), чем количество букв в геноме. И работать придется не с биоматериалами вроде крови или слюны, а с живым мозгом, принципы работы которого мы пока понимаем очень приблизительно.

На сегодняшний день ученые смогли составить полную карту нейронных соединений – коннектом – лишь одного организма. Нематода – червячок длиной в миллиметр, с тремя полами – мальчики, девочки и гермафродиты. У нематод традиционной сексуальной ориентации – по тысяче нейронов, а у гермафродитов – почему-то всего 302. Вот эти 302 нейрона и 7000 соединений между ними и удалось картировать еще в 1986 году, после 12 лет упорного труда. Потом на основании этой схемы сделали виртуальную нематоду, для неё запрограммировали виртуальную среду и стали пытаться заставить модель червячка ползать по модели среды. Но толку от такой модели немного – простенькое поведение нематоды воспроизвести не получается, потому что мы не знаем многих подробностей работы её нервной системы.


Реконструкция коннектома нематоды. Шарики – это тела нейронов, линии – аксоны и дендриты (отростки, по которым передается нервный импульс).

Чтобы разобраться в работе нервной системы, нужно создать не просто коннектом, а функциональный коннектом – живую карту активности нервной системы в реальном времени. Отрабатывать технологию авторы проекта планируют на каком-нибудь участке мозга дрозофилы, не превышающем 15 тысяч нейронов. На это отводится пять лет, в следующие пять лет они рассчитывают визуализировать работу всех 135 тысяч нейронов мозга дрозофилы, а затем перейти к более сложным объектам, состоящим из миллиона нейронов – нервной системе рыбки данио и мышиному гиппокампу. Если все получится, они возьмутся за мозги братьев наших меньших – начиная от карликовой многозубки, самого маленького и простенького млекопитающего, и заканчивая приматами. Конечным ориентиром, естественно, служит карта работающего человеческого мозга.



Наш мозг содержит около 100 миллиардов нейронов и почти в 10 000 раз больше соединений – 1 квадриллион. Это невероятно запутанная сеть связей между нейронными ансамблями, которые соединяются в большие «оркестры» в зависимости от задачи, которая стоит перед мозгом – к тому же они различаются у разных людей.

- Четкой локализации функций в мозге вообще нет, - объяснил нам директор Института Мозга Человека РАН Святослав Медведев, - вернее, её имеют интерфейсы взаимодействия с миром, такие как механизм зрительного восприятия. А высшими формами деятельности занимается мозг целиком. В итоге, четкое картирование мозга наподобие картирования генома человека невозможно. Одни поля коры мозга включены в какую-то человеческую деятельность больше, другие меньше, но мозг работает как единое целое.
Как бы американский БАМ не превратился в долгострой!

Авторы проекта надеются, что создать карту активности мозга им поможет огромный флот наномашин, которые проникнут в мозг, сядут на каждый нейрон и будут регистрировать его активность. Все это звучит на грани бреда, но не для прагматиков из DARPA, Google и Microsoft, которые уже встречаются и обсуждают проект вместе с представителями государственных агенств и частных фондов. В марте Карту Активности Мозга собираются анонсировать на государственном уровне как «нацпроект», затем планируется начать создание под неё сети государственных «обсерваторий мозга».

Искусственный мозг создадут в Нейрополисе

За несколько недель да выступления Обамы Еврокомиссия выдала грант «Технологии будущего» размером в миллиард евро на проект «Человеческий мозг» (Human Brain Project, или HBP). Цель затеи – создать «кремниевый мозг», то есть полноценную модель человеческого мозга на суперкомпьютере. Полноценную – значит мыслящую?

Кажется, в этом не уверен даже директор проекта, профессор Швейцарского федерального технического института Лозанны Генри Маркрам.

- Создадим ли мы что-то разумное? Сознательность искусственного мозга мы не исключаем, ведь наверняка в работе нейронов есть нечто большее, чем просто импульсы… Но это уже философия, - поведал он корреспондентке РР.

С 2005 года Маркрам моделирует кору мозга с помощью суперкомпьютера Blue Gene, продвинутого потомка чемпиона по шахматам Deep Blue. Маркраму удалось реалистично воспроизвести колонку из 10 тысяч нейронов – структурную единицу коры мозга крысы. Для моделирования колонки было задействовано 8192 процессора суперкомпьютера – каждый процессор моделировал по нейрону. Недавно Маркрам связал в нейросеть уже 100 колонок - миллион виртуальных нейронов. Вскоре он рассчитывает создать модель крысиного мозга, работающую в режиме реального времени (то есть 1 секунда работы мозга будет моделироваться процессорами за 1 секунду).

Blue brain project 1
Модель колонки неокортекса молодой крысы

Кора человеческого мозга тоже состоит из подобных колонок, в ней 20 миллиардов нейронов, и Маркрам берется построить её виртуальный аналог менее чем за десятилетие.
- Возможно, через 10 лет доклад о наших успехах будет делать голограмма с искусственным интеллектом, - говорит Маркрам участникам конференции TED, в то время как на экране мелькают бесконечные хитросплетения виртуальных нейронов.

Проблема тут не столько в количестве нейронов, сколько в качестве симуляции. В лаборатории нобелевского лауреата Джеральда Эдельмана еще в 2008 году была создана модель нейросети из 100 миллиардов нейронов – но намного более простых и менее похожих на реальные.

Для того, чтобы реалистично смоделировать человеческий мозг, в Швейцарии, неподалеку от Лозанны строится Нейрополис - аналог CERN и Кремниевой долины для исследования мозга. Нейрополис, первые лаборатории которого откроются уже в этом году, станет центром мегапроекта HBP, в котором уже участвуют 120 команд ученых из 90 институтов и 22 стран.

Дивный новый нейромир

Космическая гонка привела людей на Луну, дала нам сотовую связь и навигаторы, ускорила разработку компьютеров, дала толчок ряду высокотехнологичных производств и всей экономике, создала базу для частного освоения космоса, в котором сейчас делаются только первые шаги. А что даст гонка искусственных мозгов?

- Два миллиарда человек на планете страдают умственными расстройствами, а мы до сих пор пытаемся подобрать к ним лекарства методом проб и ошибок, - говорит Маркрам. Он рассчитывает, что виртуальный мозг позволит понять устройство реального и причины психических болезней. На нем можно будет моделировать действие лекарств и других методов лечения. Об этом же упоминает и Обама – ВАМ даст детальную картину любой патологии и мы поймем причины болезни Альцгеймера, шизофрении, депрессии, аутизма и других болезней мозга.

Локомотивом для медицины и всей экономики могут стать разработки нанороботов, которые понадобятся для того, чтобы отслеживать активность каждого нейрона – похожие наномашины смогут ремонтировать организм на клеточном уровне, а в дальнейшем подобно бактериям заполнят наш мир, сделав его разумным и управляемым.

Еще более масштабными последствиями грозит создание нейроморфных компьютеров, имитирующих функции мозга человека – недаром IBM предоставило Маркаму суперкомпьютер Blue Gene и спонсировала сразу несколько проектов реконструкции мозга.

Компьютеры с классической архитектурой могут многое там, где дело касается перебора большого количества вариантов (как в игре в шахматы), но наивные надежды на то, что искусственный разум удастся создать просто увеличивая их быстродействие, давно рухнули. С 1970-х быстродействие компьютеров превзошло прогнозы в миллионы раз, а умнее они не стали. Оказалось, программы – гораздо важнее «железа», но в области развития программного обеспечения уже десятилетия царит застой и уныние. Программы-переводчики переводят ровно так же беспомощно, как и двадцать лет назад, с распознаванием образов мы никуда не продвинулись, текстовые редакторы, браузеры и все программы для рядового потребителя не претерпели никаких принципиальных изменений.

Чтобы компьютеры поумнели, необходимо изменить основные принципы их работы. Например, создавать их на основе мемристоров — электронных аналогов синапсов - соединений между нейронами мозга (каждый нейрон связан с остальными тысячами синапсов). Подобно синапсам, мемристоры меняются под влиянием импульсов, проходящих через них. Чем больше было импульсов от одного мемристора к другому, тем лучше «ассоциативная» связь между ними. Чтобы работать как мозг, они должны уметь образовывать новые связи (в этом суть обучения на нейронном уровне), но мы пока точно не знаем, как этот процесс происходит в мозге.

Потребность в нейроморфных, или, как их еще называют, когнитивных компьютерах очень велика и служит одним из главных двигателей «новой космической гонки» – дело в том, что мы все хуже справляемся растущей по экспоненте лавиной данных, обрушивающейся на нас. Сегодня data science, наука о данных – одна из самых быстро развивающихся областей знаний, специалисты по big data, большим массивам данных – самые востребованные на рынке. Нам не под силу извлечь большую часть полезной информации из огромного массива данных, поступающих от промышленных сетей, или из медицинских записей большого числа людей, или из расшифрованного генома конкретного человека, не говоря уже о данных, продуцируемых мозгом.

- Нам нужны когнитивные компьютеры не для того, чтобы они заменили людей, - говорит Джон Келли, директор по исследованиям IBM, - а для того, чтобы мы смогли выжить в мире гигантских объемов данных. Если мы не научимся извлекать из них информацию, эти данные погребут нас, мы начнем принимать гибельные решения.

Впрочем, заменить людей разумные нейророботы тоже смогут – ведь если можно создать человеческий мозг, то можно и гораздо более мощный. Чтобы не стать их домашними животными, людям придется создавать усилители мозга. Известный футуролог Рэй Курцвайл считает, что приближается время, когда мы создадим искусственный неокортекс, радикально расширяющий возможности нашего интеллекта. Носить его с собой не придется – мозги людей и компьютеров свяжет нейронет – сеть, которая станет следующим шагом в развитии нейроинтерфейсов, уже сейчас позволяющих управлять внешними объектами силой мысли. Настанет время симбиоза биологической и искусственной жизни. История людей как биологического вида закончится, начнется история постчеловечества – вида, который будет создавать сам себя.


DSI – новый метод визуализации активности мозга, показывающий картину его основных «информационных магистралей».

Откуда берется разум?

Грядущие прорывы в понимании работы мозга и создании нейроморфного искусственного разума внушают оптимистам надежду, а пессимистам – страх, как и всегда. Помимо восстания машин, боятся, конечно, что расшифровка нейронного кода обеспечивающего мыслительные процессы, даст спецслужбам и прочим силам зла неограниченные возможности в чтении мыслей, контроле над сознанием и зомбировании населения. В США, где к правительству традиционно относятся с подозрением, такие страхи особенно сильны.

Оптимистов и пессимистов объединяет вера в то, что разум и сознание возникают сами собой из работы нейронной сети, как «бог из машины» (этим выражением в античности обозначали неожиданное разрешение запутанной ситуации, никак не следующее из естественного хода событий).

- Я – это мой коннектом, - заявляет Себастьян Сеунг, профессор MIT и один из ведущих разработчиков карт нейронных соединений. Накоплено немало данных в пользу этой гипотезы, - например, еще в 90-х было экспериментально доказано существование «нейрона Била Клинтона» - то есть нейрона, который активируется тогда и только тогда, когда мы вспоминаем экс-президента, независимо от того, читаем ли мы его имя, видим ли его изображение, или вспоминаем связанные с ним события. Активируясь, этот нейрон понижает порог возбуждения связанного с ним нейронного ансамбля, кодирующего близкие понятия: Хилари, Моника, саксофон, «я вдыхал, но не затягивался» и т. п. Видимо, в мозге существует нейрон моей бабушки и нейроны, кодирующие любые категории – теорию, еще в 60-х предсказавшую существование таких нейронов, принято называть «теория нейрона моей бабушки».

Но есть и данные, которые с не согласуются с идеей о том, что все воспоминания и аспекты личности человека закодированы в соединениях нейронов. Начать можно с того, что мозг состоит не только из нейронов – в нем в 10 раз больше так называемых глиальных клеток. До недавнего времени они считались «клетками второго сорта», созданными для того, чтобы кормить и ремонтировать нейроны. Но ряд исследований продемонстрировал, что они ведут оживлённый диалог с нейронами и друг с другом с помощью химических сигналов, регулирующих активность нейронов и образование новых синапсов. Если это верно, то на большую часть мозга до последнего времени просто не обращали внимания.

А как быть с нейронами периферической нервной системы, да и всеми прочими клетками тела? Почему нервные клетки способны порождать опыт, а другие клетки – нет? Ведь нейроны принципиально ничем от них не отличаются. К простым формам обучения и запоминания информации способны не только нервные сети, но и одноклеточные организмы, такие как амеба или инфузория. Чем они запоминают? Возможно, секрет разума – внутри клетки, а не снаружи. По одной из гипотез, субстратом, способным запоминать информацию и обрабатывать её внутри клетки, служат микротрубочки, из которых состоит «скелет» клетки. Молекулы белка тубулина, из которых состоят микротрубочки, способны изменять свое состояние, переходя в одну из нескольких устойчивых позиций, и таким образом записывать информацию.

Как бы то ни было, моделируя «сферический мозг в вакууме», разум не создать – даже для маленькой нематоды вместе с мозгом пришлось моделировать тело и всю её нехитрую среду. Наш разум формируется в активном взаимодействии с миром, а не является автоматической функцией сложного мозга.

Эти аргументы приводят скептики, которые, подобно знаменитому математику Роджеру Пенроузу считают, что сознание и разум не могут чудесным образом возникнуть из обмена сигналами в сети, сколь бы сложной эта сеть не была.

- Люди думают, что сознание происходит из какого-то сложного аспекта вычислительной активности, - объясняет Пенроуз. - Я смотрю на эту проблему совершенно иначе. По-моему, в мозгу происходит много вычислительной активности, но это – бессознательное. А сознание, на мой взгляд – это что-то принципиально иное. Понимание – это не вычисление. Происходит что-то еще. Я верю в науку и считаю, что все происходящее у нас в голове подчиняется тем же законам, которым подчиняется Вселенная вокруг нас. Но эти законы еще не до конца поняты нами. Я пытаюсь нащупать этот пробел в наших знаниях, это «что-то еще».

Сложно моделировать сознание, если мы не знаем, что это такое. Но если не заниматься научным штурмом загадок мозга, так никогда и не узнаем.

Андрей Константинов, "Русский Репортер"

Дополнение к статье:

Темные лошадки «новой космической гонки»

Проекты ВАМ и HBP – признанные фавориты «новой космической гонки», в них. вложено больше всего ресурсов. Но среди проектов реконструкции мозга у них есть весьма серьезные конкуренты. Неизвестно, какой именно проект сыграет самую большую роль в разгадке тайн мозга и создании его искусственного аналога.

1. Human Connectome Project

Проект «Коннектом человека» запустил Национальный институт здоровья США в 2009 году. Цель проекта - полное описание связей у нейронов мозга человека, а так же выявление выяснение влияния структуры нейронной сети на поведение и умственные способности человека. Бюджет первого этапа проекта, рассчитанного на пять лет - 30 миллионов долларов, за это время был изучен мозг более чем у тысячи добровольцев. Результатов первого этапа ждут со дня на день.

2. SYNAPSE

Совместный проект IBM и DARPA (агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США, в котором среди прочего изобрели Интернет и компьютерную мышь). SYNAPSE – аббревиатура, которая расшифровывается как «Системы нейроморфной адаптивной пластичной масштабируемой электроники» - речь идет об экспериментах по созданию когнитивных компьютеров. Частью этой программы является C2S2 - начатый корпорацией IBM в 2008 году проект разработки архитектуры вычислительной системы, строящейся на принципах организации живого мозга. Заявленная IBM цель проекта – «создание интеллектуальных компьютеров, способных к самостоятельному усвоению новых знаний из различных источников, распознаванию образов, продолжительному обучению, пониманию контекстуального значения многозначной информации для решения сложных проблем в условиях реального мира на основе способностей к восприятию, действиям и познанию». В рамках проекта был создан ряд сложнейших нейросетей и карта связей внутри мозга макаки (на рисунке). Дальнейшее развитие проекта нацелено на создание новых материалов и полупроводниковых архитектур для нейрочипов компьютеров будущего.


Карта связей внутри мозга макаки

3. SPAUN


Симулятор мозга, который разработал Крис Элайасмит, нейробилог из канадского Университета Ватерлоо, несмотря на скромный бюджет многие называют самой реалистичной моделью человеческого мозга. Она состоит из 2,5 миллионов нейронов, которые организованы в подсистемы, отражающие несколько регионов реального мозга (префронтальная кора, таламус, зрительная кора и другие). Главное преимущество этой модели в том, что она связывает процессы в мозге с поведением. SPAUN обладает глазом-камерой и рукой, предназначенной для написания цифр. С помощью данных устройств модель способна учиться, решать задачи и даже проходить тесты на интеллект.

4. REBRAIN 2045

Лаборатория обратной инженерии мозга, занимающаяся проектом «обратного конструирования мозга» под руководством профессора Виталия Дунина-Барковского делает ставку на анализ информации, полученной всеми другими проектами. Дунин-Барковский считает, что главное - понять принципы работы мозга, подобно тому как Крик и Уотсон поняли принципы устройства ДНК, а на их основе будет уже не так трудно сделать его единую работающую схему. К концу 2015 года в результате работ по проекту они собираются разработать детальное описание механизмов работы мозга человека, а к январю 2021 года - собрать на его основе полную действующую модель мозга. Вдохновляющая их цель – кибернетическое бессмертие: профессор надеется на возможность загрузки своего сознания в новый бессмертный мозг, для которого его коллеги из движения «Россия 2045» разрабатывают бессмертное кибертело.

Андрей Константинов, "Русский Репортер"
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment