Loading...
Apr 12

Druhá závěrečná část textu vycházejícího z článku, který byl publikován v únorovém čísle časopisu TIME. V první části jsme se seznámili s myšlenkami některých zastánců tzv. Technologické Singularity a s predikcemi blízké budoucnosti založené na teorii zrychlujícího se technologického pokroku Raymonda Kurzweila.

Kromě University Singularity, u jejíhož zrodu Kurzweil stál jako spoluzakladatel, je zde také Singularity institut pro umělou inteligenci (Singularity Institute for Artificial Intelligence) založený v San Francisku už v roce 2000, tedy ve stejném roce jako naše Sdružení MAKROPULOS :-). Mezi jeho poradce je možné počítat mj. Petera Thiela, bývalého šéfa (CEO) PayPalu a ranného investora ve Facebooku. Tento Institut pořádá každoročně konferenci The Singularity Summit, u které byl Kurzweil opět jako spoluzakladatel. Jejím hlavním tématem je umělá inteligence, ale věnuje se také prudkému vývoji dalších oborů, jako jsou genetika nebo nanotechnologie.

Na minulém summitu, který se konal v srpnu 2010 v San Francisku, nebyli jen počítačoví vědci, ale také psychologové, neurovědci, nanotechnologové, molekulární biologové, odborníci na počítače nositelné na lidském těle, profesor urgentní medicíny, expert na poznávací resp. kognitivní schopnosti papoušků, a dokonce i profesionální kouzelník. Atmosféra byla zvláštní směsicí ekonomické konference v Davosu a konference UFO. Na jedné straně jste tu mohli dostat leták od stoupenců “seastingu” a na straně druhé jste mohli pokecat s androidem.

Po umělé inteligenci bylo nejdiskutovanějším tématem prodlužování života. Biologické hranice, které většina lidí považuje za trvalé a neměnné Singularitariáni vidí jen jako nepoddajný a vzdorující, nicméně řešitelný problém. Smrt je jedním z nich. Stáří je jen choroba jako všechny ostatní. A co děláme s těmito chorobami? Léčíme je. Jako mnoho Singularitariánských idejí to zní legračně či směšně alespoň na první pohled. Když k tomu ale přistoupíte blíž, už to tak legračně zase nevypadá. Není to jen pouhé zbožné přání; je to skutečná věda, která sem přichází.

Například je dobře známo, že jednou z příčin fyzické degradace spojené se stárnutím jsou telomery, což jsou zakončení chromozómů naší DNA. Pokaždé když se buňka dělí, její telomery se zkrátí; až nakonec buňka o telomery zcela přijde; nemůže se již dále dělit a umírá. Je zde ale enzym zvaný telomeráza, který tomuto procesu dokáže zabránit; to je jedním z důvodů, proč rakovinné buňky dokáží žít velmi dlouho. Tak proč s touto telomerázou neléčit běžné nerakovinné buňky? V listopadu 2010 výzkumníci na Harvard Medical School oznámili v prestižním časopise Nature, že to dokázali. Podávali lék telomerázu skupině myší, které trpěly degeneracemi vážícími se k vysokému věku. Tato poškození zmizela. Nejenže se myším dařilo lépe, ale dokonce omládly.

Aubrey de Grey, britský biolog s doktorátem z Cambridge, na kterém vás okamžitě zaujme jeho impozantní plnovous, je jedním z nejznámějších vědců zabývajících se problémem prodlužování života a veterán těchto Singularity Summitů. De Gray rozběhl nadaci SENS, což je zkratka z anglického Strategies for Engineered Negligible Senescence, a dalo by se to přeložit jako Strategie pro konstruování zanedbatelného stárnutí. Stárnutí vidí jako proces kumulativního poškozování, který rozdělil do sedmi kategorií, z nichž každou, jak doufá, bude možné jednou léčit pomocí regenerativní medicíny. “Lidé si začali uvědomovat, že pohled na stárnutí, jako na něco nezměnitelného, je prostě absurdní.”, říká “To je právě dětinské a naivní. Lidské tělo je stroj, který má velmi mnoho funkcí, a který akumuluje různé typy poškození jako vedlejší efekt těchto funkcí. Tedy v zásadě mohou být tato poškození opravována periodicky. Celá medicína je jako zahrávání si s něčím, co vypadá naprosto neodvratně, dokud nepřijdeme na to, jak to odvrátit.“

Kurzweil bere prodloužení života také vážně. Jeho otec, se kterým si byli dosti blízcí, zemřel na srdeční chorobu, když mu bylo 58let. Kurzweil zdědil tatínkovi genetické predispozice; také se mu vyvinul diabetes II. typu, když mu bylo 35. Spolupracuje s Terry Grossmanem, doktorem, který se specializuje na dlouhověkou medicínu. Kurzweil vydal dvě knihy o jeho vlastním přístupu k prodlužování života, který mj. zahrnuje brát denně až 200 pilulek a potravních doplňků. Říká, že jeho cukrovka jde v podstatě vyléčit, a přestože mu je z chronologického pohledu 63 let, svůj biologický věk odhaduje o 20 let méně.

Jeho cíl se ale od de Greye mírně odlišuje. Pro Kurzweila to není o tom zůstat zdravý tak dlouho, jak je to možné; pro něj to je o tom zůstat na živu, dokud nepřijde Singularita. Je to pokus o předání štafety. Jakmile hyper-inteligentní umělé inteligence, vyzbrojené pokročilými nanotechnologiemi, přijdou, budou opravdu schopné zápasit s nesmírně složitými systémovými problémy spojenými se stárnutím u lidí. Nebo do té doby budeme schopni přenést naši mysl do zdatnějších prostředků jako jsou počítače či roboti. On a mnoho dalších Singularitariánů berou vážně tvrzení, že mnozí lidé, kteří dnes mezi námi žijí, dospějí do stavu, kdy budou prakticky nesmrtelní.

Tato myšlenka je radikální, ale zároveň také stará. Již W.B. Yeats ve své knize "Sailing to Byzantium" z roku 1926 ukazuje nesnáze spojené s lidskou tělesností v podobě duší upoutaných k umírajícím zvířatům. Proč je neodpoutat a nepřipoutat je místo toho k nesmrtelným robotům? Kurzweil ale zjišťuje, že prodlužování života vytváří ještě větší odpor v jeho publiku, než zmiňované exponenciálně rostoucí křivky. “Existují lidé, kteří dokážou akceptovat to, že se počítače stanou inteligentnějšími než my lidé.”, říká “Ale myšlenka podstatné změny v délce lidského života, se zdá být obzvláště kontroverzní. Lidé investují mnoho osobního úsilí do určité filozofie zabývající se otázkou života a smrti. Myslím, že to je hlavní důvod proč máme náboženství.”

Samozřejmě mnoho lidí si myslí, že Singularita je nesmysl, fantazie a zbožné přání lidí ze Sillicon Valley. Většina vážných kritiků se soustředí na otázku, jestli se počítač může opravdu stát inteligentním. Celá oblast umělé inteligence se věnuje této otázce. Umělá inteligence v současné době ale zatím nenabízí takový druh inteligence, který si běžně spojujeme s lidmi nebo s mluvícími počítači ve filmech jako byly HAL, C3PO nebo Data. Současné umělé inteligence mají tendenci být schopné zvládat pouze jednu velmi specifickou oblast, jakou je například interpretování vyhledávacích dotazů nebo hraní šachů. Operují s extrémně specifickým referenčním rámcem. Nezvládají ještě konverzaci na večírcích. Jsou inteligentní, ale pouze když definujeme inteligenci ve velmi úzkém směru. Druh inteligence, o které Kurzweil mluví jako o silné umělé inteligenci AGI Artificial General Intelligence, zatím ještě neexistuje.

Proč ne? Samozřejmě, stále ještě čekáme na ten exponenciální růst výpočetního výkonu. Je také ale možné, že v našich mozcích probíhají věci, které nebude možné elektronicky duplikovat, bez ohledu na to, jak velký výpočetní výkon budeme mít k dispozici. Neurochemická architektura, která generuje pomíjivý chaos známý jako lidské vědomí, může být příliš složitá a analogová na digitální replikaci. Biolog Dennis Bray byl jedním z mála hlasů nesouhlasu na posledním Singularity summitu. V přednášce nazvané Co buňky mohou a roboti ne namítl: “Ačkoliv biologické komponenty konají způsobem, který je srovnatelný s komponentami v elektronických obvodech, odlišují se od sebe obrovským počtem různých stavů, které mohou nabývat. Rozmanité biochemické procesy tvoří chemické modifikace molekul bílkovin, které se dále modifikují sdružováním s charakteristickými strukturami ve vymezených oblastech buňky. Výsledná kombinační exploze stavů obdařila živé systémy téměř nekonečnou kapacitou k ukládání informací vztahujících se k minulým a současným podmínkám a unikátní schopnosti připravit se na budoucí události.” Jedničky a nuly, se kterými počítače pracují, se vedle toho jeví jako prostředky značně nevyzrálé a primitivní.

Základní praktické problémy mají většinou filozofický charakter. Předpokládejme, že vytvoříme počítač, který by mluvil a jednal naprosto nerozeznatelně od lidské bytosti – jinými slovy počítač, který by prošel Turingovým testem. Znamenalo by to snad, že počítač by vnímal a cítil stejným způsobem jako lidská bytost? Nebo by to byl jen extrémně sofistikovaný ale v podstatě mechanický automat bez tajemné jiskry vědomí – bezduchý stroj. A jak bychom to poznali?

I když si připustíme, že Singularita je možná, stále stojíme před mraky nezodpověditelných otázek. Jestliže naskenuju své vědomí do počítače, jsem to stále já? Kdo bude rozhodovat o tom, kdo se stane nesmrtelným? Kdo nakreslí čáru mezi tím, co je lidské vnímání a co již lidské není? A až dosáhneme nesmrtelnosti, vševědoucnosti a všemohoucnosti, budou naše životy mít stále smysl? Tím, že porazíme smrt, neutrpí naše lidskost nějakou ztrátu?

Kurzweil připouští, že je zde principiální úroveň rizika spojená se Singularitou, které není možné se zbavit jednoduše proto, že nevíme, co vysoce rozvinutá umělá inteligence, která se shledá nově vzniklým obyvatelem této planety, bude chtít dělat. Nemohla by se cítit jako naše konkurence v soutěži o omezené zdroje? Jedním z cílů Singularity Institutu je ujistit se, nejen že umělá inteligence se vyvine, ale také že bude takzvaně přátelská. Nemusíte být super-inteligentním kyborgem, aby jste si uvědomili, že zavedení vyšší životní formy do naší vlastní biosféry je základní darwinovskou chybou.

Jestliže Singularita přichází, dostaneme na tyto otázky odpovědi ať se nám to líbí nebo ne, a Kurzweil si myslí, že zkusit se Singularity zříci zakazováním nových technologií je nejen nemožné ale také neetické a pravděpodobně i nebezpečné. Říká, že implementovat takovýto zákaz by vyžadovalo totalitní praktiky. “To by nefungovalo. Jen by to uvrhlo tyto technologie do ilegality, kde zodpovědní vědci, na které bychom spoléhali s vytvořením ochrany, by neměli snadný přístup k potřebným nástrojům.”

Kurzweil je v debatách až nelidsky trpělivý a důkladný. Doslova si je vychutnává. Je neúnavný v udolávání svých kritiků tak, že jim odpovídá bod po bodu, podrobně a pečlivě.

Vezměme si otázku jestli počítače mohou replikovat biochemickou komplexitu organického mozku. Kurzweil nevynáší do svých grafů cokoli. Nevidí žádný podstatný rozdíl mezi živou hmotou a křemíkem, který by bránil tomu druhému v myšlení. Vzpírá se názorům biologů, podle kterých by neurologický mechanismus nemohl být modelován nebo by přinejmenším neodpovídal svoji silou a flexibilitou softwaru běžícímu na počítači. Odmítá padnout na kolena před záhadou lidského mozku. “Obecně vzato,” říká, “jádro sporu, který se svými kritiky budu mít je, že oni budou říkat: ‘Ten Kurzweil podceňuje komplexitu reverzního inženýrství lidského mozku nebo komplexitu biologie.’ Nevěřím ale, že ten složitý problém podceňuji, naopak si myslím, že oni podceňují sílu exponenciálního růstu.”

Tato pozice nedělá Kurzweila outlierem - tedy bodem, který leží daleko od ostatních dat, přinejmenším ne mezi Singularitariány. Mnoho lidí má ještě extrémnější předpovědi. Neurovědec Henry Markram v roce 2005 rozběhl ambiciózní iniciativu na Brain Mind Institutu Polytechniky ve Švýcarském Lózán. Nazývá se The Blue Brain project a jedná se o pokus vytvořit simulaci savčího mozku neuron po neuronu využitím superpočítače Blue Gene od IBM. Zatím Markramův tým dokázal simulovat jeden sloupec neokortexu myšího mozku, který obsahuje okolo 10.000 neuronů. Markram doufá, že budou mít kompletní virtuální lidský mozek v provozu během 10 let.

Podle definice, budoucnost za Singularitou není poznatelná našimi lineárními, chemickými, zvířecími mozky. V Kurzweilově budoucnosti nám biologie a nanotechnologie dají moc a sílu zacházet s našimi těly a světem kolem nás libovolně podle přání na molekulární úrovni. Pokrok hyper-akceleruje a každou hodinu přicházejí vědecké objevy, které by dříve byly pokládány za objevy století. Darwina můžeme klidně zahodit a sami se postarat o svůj vlastní vývoj. Lidský genom se stává pouhým kódem, který může být testován, optimalizován a v případě nutnosti opraven nebo přepsán. Neomezené prodloužení života se stává realitou; lidé umírají pouze když se k tomu sami rozhodnou. Smrt ztrácí svoji kosu jednou provždy.

Můžeme naskenovat naše vědomí do počítačů a vstoupit do virtuální existence, nebo vyměnit naše těla za výkonnější a odolnější robotické náhrady a vyrazit na okraj vesmíru jako mezigalaktičtí polobozi. Během několika staletí bude lidská inteligence restrukturalizovaná díky informačním a novým technologiím a prosycená všemi důležitými fakty ve vesmíru. Kurzweil věří, že toto je naše poslání jako lidského druhu.

Nebo to bude jinak. Až budou velké otázky zodpovězeny, mnoho akcí se stane tam, kde je nikdo nebude moci vidět, hluboko uvnitř černých křemíkových silikonových mozků počítačů, které buď budou vzkvétat bit po bitu směrem ke vědomé mysli nebo budou jen pokračovat ve více brilantních a výkonných interakcích nevědomosti.

Pokud jde o podružné otázky, ty už byly v podstatě jasně vysloveny. Čím více budete o Singularitě číst, tím více začnete vnímat, jak na vás vykukuje ostýchavě z neočekávaných směrů. Před pěti lety jsme neměli 600 milionů lidí, jejichž společenský život by se převážně odehrával v jedné elektronické síti. Nyní máme Facebook. Před pěti lety jste se také nemohli setkat s někým, kdo by měl pod dvojí kontrolou to, co kdy řekl, nebo kde byl, a dokonce jak to řekl, a jak tam byl, za pomoci ruční digitální protézy napojené do sítě. Nyní máme iPhone. Je to nepředstavitelný krok vzít iPhone z našich rukou a dát si ho do naší lebky?

Již 30.000 pacientů s Parkinsonovou chorobou má neurální implantáty. Google experimentuje s počítači, které mohou řídit auta. Existuje více než 2.000 robotů bojujích v Afghánistánu po boku lidských vojáků. Letos v únoru tu byla znovu, tentokrát trochu jiná, televizní show. Hostem byl Watson super-počítač společnosti IBM, který soutěžil ve hře Jeopardy proti dvěma do té doby nejúspěšnějším lidským vítězům této soutěže. U nás je tato soutěž známá pod názvem Riskuj a soutěžící v ní odpovídají na běžné, na fakta orientované otázky. V originálu se místo otázek zadávají specifické slovní rébusy, na něž se odpovídá otázkou. Soutěžící mají za úkol formulovat otázku, jejíž znění je definováno předloženým textem, například „vymyslet“ otázku na „hlavní město státu XXX“. Takové triviality se ovšem v Jeopardy téměř nevyskytují. Na nejjednodušší úrovni je typickým třeba takovýto hlavolam: „Jedná se o módní doplněk z 19.st., který je synonymem pro nadměrnou aktivitu; nedivte se, najdete-li ho ve svém živém plotu.“ Správná odpověď je: „Co je to bustle?“ – česky honzík. K tomu, abyste hlavolam vyřešili, musíte vědět, že ono anglické slovo zároveň znamená chvátat. Jakmile se však zaseknete u druhé části zadání, která je odkazem na celkem známý a na první pohled nesmyslný text písně Led Zeppelin (If there's a bustle in your hedgerow …), máte jen malou šanci na vítězství. Za pomoci internetu se na to dá přijít během několika minut, Watson na to potřebuje nanejvýš několik desetin vteřiny.[1] Watson běží na 90ti serverech zabírajících celou místnost. Na každý rébus, který dostal, dokázal „vymyslel“ či vygeneroval správnou otázku a to většinou rychleji než jeho soupeři. Proto také zvítězil. Co je důležitější, že nepotřeboval pomoc s porozuměním otázek, které byly kladeny v jednoduché angličtině. Watson ještě není silná umělá inteligence, ale jestliže silná umělá inteligence přijde, přijde postupně, bit po bitu a toto byl jeden z těchto bitů.

Superpočítač Watson společnosti IBM ničí všechny své lidské soupeře ve hře Riskuj

Za sto let se pánové Kurzweil, Aubrey de Grey a ostatní buď sami stanou odpověďmi na otázky, které jako duchovní otcové Technické Singularity vyslovili a to tím, že budou stále na živu, anebo jejich představy budou z hlediska 22. století vypadat jako směšné retro vystavené v Disney Tomorrowlandu. Nic nestárne tak rychle jako vize budoucnosti.

Ale I když budou mrtví mýlící se ve svých předpovědích budoucnosti, mají alespoň pravdu o současnosti. Svými dlouhodobými výhledy dali nahlédnout na nesmírně velký obraz. Můžeme zavrhnout jakýkoli specifický článek charty Technické Singularitarity, měli bychom ale Kurzweila pochválit, že budoucnost bere vážně. Singularitarianismus je postaven na myšlence, že změna je reálná, lidstvo má svůj osud ve vlastních rukou, a že historie nemusí být tak jednoduchá jako “One damn thing after another”. Kurzweil rád poukazuje, že váš průměrný mobilní telefon je přibližně milionkrát menší a milionkrát levnější a tisíckrát výkonnější než počítač, který měli před 40 lety na MIT (Massachusetts Institute of Technology). Když toto překlopíme o 40 let dopředu, jak potom bude vypadat svět? Pokud na to opravdu chceš přijít, musíš myslet hodně, hodně mimo krabici. A nebo musíš jít mnohem hlouběji do podstaty než kdokoli předtím.

 

 

Odkazy


[1]  tato část textu byla čerpána z článku Bořivoje Brdičky Jak Watson zvítězil v Jeopardy

 

 
May 12
Mnoho neurovědců by souhlasilo s tvrzením, že lidský mozek je jako silikonová plastelína, neuvěřitelně tvárná dětská hračka známá mj. pod názvem Silly Putty. V našich mozcích je díky novým poznatkům a zkušenostem také neustále přetvářen způsob, jakým jsou jednotlivé neurony vzájemně propojeny. Henry Markram ze Švýcarského technologického institutu v Lózán si ale myslí, že mozek je spíše jako jiná dětská hračka: stavebnice Lego.

Z Lega mohou být postaveny všechny možné struktury, není pouze možné upravovat jednotlivé základní součástky. Stejně tak může náš mozek vytvářet nové vzpomínky tím, že přeskupí oddělené a základní stavební kameny znalostí. Markram dále říká: “Opakovaně jsme pozorovali, jak se synapse mění v reakci na stimulace a prožitky. Otázka kterou jsme se ale snažili zodpovědět byla, zda se to děje na zcela čisté nebo na do nějaké míry předpřipravené struktuře.”

Markram a jeho tým vyvinuli způsob, jak odposlouchávat elektrickou aktivitu v jednotlivých mozkových buňkách užitím velmi jemných jehliček se zavedenými drátky. Experimentovali s mozkovou tkání dva týdny staré krysy a jejich cílem bylo zmapovat tvorbu nových synaptických spojení. Zaznamenávali paralelně komunikaci ve skupinách 12 neuronů. Jednotlivé neurony dráždili pomocí sledu pulsů excitačních postsynaptických potenciálů a měřili odezvy ostatních neuronů.

Společní sousedi

Kdyby byl mozek jako plastelína a mohl být neomezeně flexibilně formován zkušenostmi, pak by všechny neurony ve skupině měly mít stejnou pravděpodobnost, že budou spojeni s jiným neuronem. Markramova analýza však odhalila něco jiného. Šance, že se dva neurony spojí a také síla této vazby, závisí přímo úměrně na počtu sousedů, které tyto dva neurony sdílí. Markram to nazval pravidlem společného sousedství.

Vědci poté toto pravidlo aplikovali na počítačový model sítě zahrnující 2000 neuronů aby zjistili, jak se budou virtuální mozkové buňky propojovat. Když pak tento model použili k zopakování svých pokusů na myším mozku, dostali téměř shodné výsledky.

Zjistili dále, že díky pravidlu společného sousedství vznikly funkční skupiny 40-50 neuronů, které Markram považuje za základní stavební kostky paměti. Říká: “Všem nám byly dány stejné stavební kostky, záleží jen jak jsou propojené. Domníváme se, že jsou to elementární procesní jednotky. Díky těmto jednotkám můžeme všichni vnímat stejné věci, ale mít své individuální jedinečné vzpomínky”

Nádoby pro znalosti

Markram říká, že jde o první experimentální důkaz, že mozková neuronální architektura vytváří základní bloky znalostí. A že tyto bloky možná fungují jako virtuální nádoby pro znalosti, které budou získány v průběhu života.

“Jsou to nejmenší jednotky mozku, které mohou nést znalosti. To co nyní potřebujeme vědět je, jaké druhy znalostí obsahují.”, říká Henry Markram.

Blue Brain Project

Henry Markram je mj. také šéfem projektu Blue Brain Project, jehož cílem je pomocí reversního inženýrství dokázat dokonale simulovat činnost mozku krysy, a díky tomu odhalit základní mechanismy fungování savčího mozku. Před několika lety se jim již podařilo simulovat činnost jednoho neokortexového sloupce. Markram poté na dotaz, kdy očekává možnost simulování lidského mozku, v rozhovoru pro BBC, který se mj. uskutečnil v Praze po konferenci Future technologies conference 2009, prohlásil: „Není to otázka času ale peněz. Technologie jsou dnes tady. Záleží pouze na tom, jestli to společnost bude chtít. Bude-li to chtít do deseti let, budeme to mít do deseti let. Bude-li to chtít za 1000 let, můžeme počkat.“


Abstrakt článku z prestižního časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (vydání březen 2011)

Neuronové obvody mozkové kůry jsou často považovány za čistou tabuli, která může být libovolně formována podle prodělaných zkušeností. Když vědci ze švýcarské laboratoře v Lózán zkoumali synaptické vazby ve skupinách pyramidových neuronů v kůře mozkové, zjistili, že jak konektivita tak synaptické váhy jsou překvapivě předvídatelné. Synaptické váhy sledovaly velmi věrně počet spojů ve skupinách neuronů a naplňovaly max. 20% možných spojení, která by mezi neurony ve skupině mohla být vytvořena. Když pak vědci zjišťovali topologii sítě spojení mezi neurony, zjistili že neurony se seskupují do malých sítí, které nejsou volně škálovatelné, s max. dvěma stupni volnosti. Našli také jednoduché seskupovací pravidlo, kde konektivita je přímo úměrná počtu sousedů těchto sítí, který přesně predikuje pravděpodobnost spojení mezi dvěma neurony. Tyto sítě pyramidálních neuronů se sdružují do skupin, z nichž každá má několik tuctů neuronů (40-50). Neurony, z nichž jsou jednotlivé skupiny sestaveny, mají mezi sebou překvapivě velké rozestupy o velikosti více než 100 μm, což dovoluje, aby se jednotlivé skupiny mezi sebou vzájemně proplétaly a sdílely společný prostor. Stručně řečeno, kolektiv vědců pod vedením Henryho Markrama objevil princip synaptického organizování, který byl přítomný u různých druhů zkoumaných živočichů, a tedy nezávislý na individuálních zkušenostech. Nyní spekulují o tom, že tyto elementární skupiny neuronů jsou jako přednastavené bloky, ze kterých se skládá naše vnímání jako stavebnice a že získaná paměť závisí více na kombinování těchto elementárních součástí do vyšších nadřazených celků.

Zdroje:



 
Jun 05
Mozek pracuje na zcela odlišném principu než současné počítače. Díky tomu je schopen v určitém rozsahu odolávat chybám a poškozením, má schopnost učení a velmi nízkou spotřebu energie oproti klasickým počítačům. Vývoj nových „mozkem inspirovaných“ počítačových architektur je cílem mezinárodního výzkumného projektu "BrainScaleS".

Za projektem "BrainScaleS" stojí konsorcium celkem 13 pracovních skupin ze 6 zemí, které v období 2011-2014 obdrží celkem 8,5 milionu EUR od Evropské komise. Koordinátorem projektu je Prof. Dr. Karlheinz Meier z Kirchhoffova fyzikálního institutu univerzity v Heidelbergu (Německo).

Neurobiologové, počítačoví vědci, fyzici a inženýři, kteří se na projektu budou podílet, hodlají provést velmi detailní analýzu živého mozku od jednotlivých neuronů, přes neuronové populace až po celé funkční oblasti mozku, od dějů odehrávajících se v řádu milisekund, které se týkají základů mechanismů mozkové plasticity, až k dějům na úrovni hodin až dnů, které jsou relevantní pro učení a vývoj. Nalezené obecné teoretické principy pak budou aplikovat do umělého neuromorfního zařízení složeného z více než miliónu elektronických přírodou inspirovaných neurónů s téměř miliardou adaptivních synapsí. Tento systém bude pracovat asi 10.000 krát rychleji než jeho biologický model a bude tak ideálním zařízením pro vyšetřování případné síťové architektury. Projekt také počítá s využitím superpočítače o výkonu jednotek petaflop na němž budou nalezené principy modelovány a simulovány za účelem získání nových pohledů na specifické vlastnosti hardwarových architektur odlišných od klasického von Neumannova výpočetního modelu.

Konsorcium stojící za projektem "BrainScaleS" nestaví na zelené louce, je přímým pokračováním projektu FACETS, na kterém se v letech 2005 - 2010 podílelo 10 partnerských pracovišť tvořících jádro současného konsorcia. Využívá navíc zkušeností týmu Henryho Markrama a jeho projektu Blue Brain Project. O obou zmíněných projektech přineseme informace v následujících dnech či týdnech. Profil Henryho Markrama a záznam jeho vystoupení na konferenci TED v Oxfordu 2009 najdete v naší Wiki zde.

Pro další rozvoj tohoto projektu a vůbec celého oboru mozkem inspirovaných technologií je klíčové mezioborové vzdělávání. To je cílem doprovodného vzdělávacího programu FACETS-ITN, který běží v rámci Akcí Marie-Curie 7. rámcového programu Evropské komise. Konsorcium FACETS dosud  vychovalo více než 80 doktorandů a v současné době se tohoto programu účastní dalších několik desítek příslušníků nové vědecké generace, která by nás snad již měla přivést k mind uploadingu.

Zdroje a odkazy:


Mar 12
superpočítač Blue Gene
superpočítač Blue Gene
Členové Švýcarské akademie věd jsou znepokojeni projektem, jenž hodlá simulovat celý mozek a zkoumat, jak neuronové obvody dávají vznik vyšší nervové činnosti, a jak se vše dále odráží ve specifických typech jednání a kognitivních funkcích. (Podkladem pro tento příspěvek je článek v časopise Nature ze dne 23. února 2012.)
Oficiálně měl být míting Švýcarské akademie věd, který se konal letos koncem ledna v Bernu, jen přehledem počítačového modelování v oblasti neurovědního výzkumu. Neoficiálně to však byla první reálná šance neurovědců dostat odpovědi týkající se kontroverzního Markramova návrhu na The Human Brain Project, jenž je defakto snahou o superpočítačovou simulaci zahrnující vše, co dosud víme o lidském mozku, od struktur iontových kanálů v membránách nervových buněk až k mechanismům vědomého rozhodování.
Henry Markram, původem jihoafrický elektrofyziolog, který do Švýcarského federálního institutu technologií v Lausanne přišel před deseti roky, může v dohledné době naplnit své vysoké ambice. Jeho projekt je jedním z šesti finalistů soupeřících o 1 miliardu EUR z programu FET Evropské unie. Dva vítězové v něm získají každý 100 miliónů EUR ročně po dobu deseti let.
Henry Markram
Henry Markram, šéf Blue Brain Projektu a vedoucí laboratoře neuronových mikroobvodů na École Polytechnique Fédérale ve švýcarském Lausanne.
"Výzkum mozku dnes generuje 60.000 odborných článků za rok," uvedl Henry Markram, při objasňování svého konceptu v Bernu. "Všechno to jsou krásné a fantastické studie - všechny se ale soustředí jenom na jednu uzonkou stránku problému: tato molekula, tato oblast mozku, tato funkce, tato mapa." Human Brain Project by všechna tato zjištění integroval a vytvořil by modely ke zkoumání toho, jak jsou mozkové obvody organizovány a jak to dává vznik našemu chování, schopnosti poznání a sebeuvědomění - tedy nejhlubších záhad neurověd. Human Brain Project by mohl výzkumníkům také pomoci vypořádat se s poruchami jako je Alzheimerova choroba. "Nebudeme-li mít ucelený pohled, nebudeme těmto chorobám nikdy pořádně rozumět," prohlásil Henry Markram v závěru obhajoby svého projektu.
Paradoxně místo toho, aby se po setkání akademiků záměry projektu vyjasnily, dostavily se ještě hlubší obavy a znepokojení ohledně Markramových vizí. Mnoho neurovědců mu vyčítá, že projekt je špatně koncipovaný, a Markramův přístup k simulaci mozku jim připadá zbytečně detailní a až groteskně těžkopádný. Poukazují také na vliv nevšedního zájmu ze strany médií, kterého se projektu dostává, a to zejména v přeceňování toho, co má přinést. A vůbec už si nejsou jistí svojí důvěrou, že projekt pod Markramovým vedením bude opravdu otevřený i vůči jiným myšlenkám.
"Neurovědy potřebují určitý rozptyl," prohlásil Rodney Douglas, jeden z ředitelů Institutu pro neuroinformatiku (INI), který je společnou iniciativou Univerzity v Curychu a Švýcarského federálního institutu technologií v Curychu (ETH Curych). Vzhledem k tomu, jak málo se o mozku ví, řekl: "Potřebujeme, aby se k tomu vyjadřovalo tolik různých lidí, kolik je možných různých nápadů" – pokud by se už tak omezené prostředky pro neurovědy nasměrovaly do jediného úsilí, byla by tato rozmanitost ohrožena.
Markram se nicméně nenechal odradit. "Právě teď," argumentoval, "neurovědci nemají žádný plán pro dosažení komplexního pochopení mozku." - "Toto je plán." - "Sestavit sjednocující modely."
Markramova velká vize
Markram se po této jednotě pídí již nejméně od roku 1980, kdy zahájil své postgraduální studium na univerzitě v Kapském Městě v Jižní Africe. Svůj první studijní obor, kterým byla psychiatrie, však záhy opustil. Rozhodl se tak, protože to bylo hlavně o strkání lidí do stanovených diagnostických šuplíků a v souladu s tím pak o provádění jejich léčby. "Toto nám ale nikdy nepoví, jak mozek pracuje," vzpomínal v Bernu.
Jeho hledání nového směru ho přivedlo do laboratoře již zmiňovaného Rodney Douglase v Kapském Městě. Markram byl uchvácen. "Řekl jsem: 'To je ono! Po zbytek svého života, se budu šťárat v mozku a snažit se pochopit, jak funguje, až do nejmenších detailů, do kterých to půjde.'" Zde také nakonec získal svůj první univerzitní titul bakaláře vědy B.Sc..
Stejné nadšení mu později přineslo titul Ph.D. na Weizmann Institute of Science v Rehovotu v Izraeli. Ve studiu iontových kanálů a synaptických váčků dále pokračoval v americkém Národním institutu zdraví v Marylandu. Své neurovědecké zkušenosti si pak dále obohatil na Institutu pro lékařský výzkum Maxe Plancka v Heidelbergu v Německu.
Později byl jmenován docentem na Weizmann Institute of Science, kde začal systematicky zkoumat neuronové kortikální sloupce. Odhalil, že synaptické učení může mít za následek spíše změny v synaptické dynamice resp. v redistribuci synaptické účinnosti, než pouhé změny síly jednotlivých spojů. Objevil také celé spektrum nových principů řízení mikroobvodových struktur a funkcí v neokortexu. Na základě vynořující se dynamiky mikroobvodů v neokortexu vytvořil společně s Wolfgangem Maassem teorii kapalného počítání neboli výpočetních procesů s vysokou mírou neuspořádanosti mikroskopických stavů založených na kapalném stavovém automatu, což je podobný výpočetní konstrukt jako neuronová síť.
graf potřebného počítačového výkonu pro simulaci mozku
Modré tečky značí, co bylo dosaženo Blue Brain Projektem. Červené tečky ukazují, čeho má dosáhnout Human Brain Project.
"V polovině devadesátých let jsem si uvědomil, že tímto tempem nemám šanci pochopit, jak mozek funguje, ani za dalších 30 let své kariéry," říká Henry Markram.
Usoudil, že by pomohlo, kdyby neurovědci dali své jednotlivé objevy nějak systematicky dohromady. Každý experiment totiž alespoň mlčky zahrnuje model, ať už je to molekulární struktura iontového kanálu nebo dynamika kortikálního obvodu. Kdybychom mohli všechny tyto modely jednoznačně kódovat a dosáhnout jejich vzájemné provázanosti a spolupráce, pomohlo by to výzkumníkům najít mezery a rozpory v jejich znalostech a identifikovat, jaké další experimenty jsou ještě potřeba k jejich vyřešení.
Markram v tomto směru nebyl zdaleka první, kdo na problematiku výzkumu mozku takto nahlížel. Matematické modely neurálních aktivit vědci vymýšleli již od počátku dvacátého století. S příchodem počítačů v padesátých letech se pak samozřejmě snažili tento úkol řešit s jejich pomocí. Markramovy ambice v tomto směru však byly obrovské. Místo modelů na úrovni, co neuron to jeden uzel obrovské neuronové sítě, navrhl jít do mnohem větších detailů a při modelování zohlednit nejen všechny neuronové výběžky a synapse ale i jejich nesčetné iontové kanály. Místo modelování jen určitých neuronových partií jako řekněme třeba čichu, pak chtěl modelovat vše, od genetické úrovně, molekulární úrovně, neuronů a synapsí, formování mikroobvodů, makroobvodů, mesoobvodů, celých mozkových oblastí – až konečně porozumíme, jak jsou tyto úrovně propojené, včetně celé cesty až k projevům chování a kognice.
Pro tak rozsáhlou simulaci by výkon počítačového systému musel být v řádu exaflop neboli 1018 operací za sekundu. V devadesátých letech bylo dosažení takového výkonu beznadějně nereálné. Ani to však Markrama neodradilo. Spoléhal na to, že se výkon počítačů zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí, což by znamenalo, že dostatečný výkon bude k dispozici kolem roku 2020. Mezitím by se na to neurovědci měli připravit.
kortikální sloupec
Kortikální sloupec je skupina neuronů v mozkové kůře, které tvoří určitý mikroobvod. Tyto sloupce, které se mohou skládat až z desítek tisíc neuronů, jsou základními stavebními jednotkami mozkové kůry (Mountcastle, 1997). Název se odvíjí od trubicového tvaru těchto vertikálních útvarů.
Markramovi ambice dokonale zapadaly do plánů Patricka Aebischera, neurovědce, který se v roce 2000 stal prezidentem EPFL, a který chtěl z univerzity učinit leadera jak ve výpočetním tak v biomedicínském výzkumu. Markram se v roce 2002 stal jedním z prvních posil, které mu v tom měly pomoci. "Henry nám dal ospravedlnění koupit Blue Gene," říká Aebischer, odkazuje se přitom na nový superpočítač IBM optimalizovaný pro rozsáhlé simulace. Ten byl uveden do provozu v roce 2005, kdy na něm Markram zahájil Blue Brain Project, jeho první experiment v oboru integrativních neurověd, který lze zpětně vnímat jako prototyp pro Human Brain Project.
"Součástí projektu byla demonstrace toho, co by unifikovaný model mohl znamenat," říká Markram. "Začali jsme se souborem dat mozkové kůry potkana, které jme spolu s mými studenty naakumulovali od roku 1990. Ten zahrnuje výsledky 20.000 experimentů z mnoha laboratoří. Údaje o každém typu buněk, ke kterým jsme přišli při morfologii, 3D rekonstrukcích, při zkoumání elektrických vlastností, synaptické komunikace, umístění synapsí a způsobu jejich chování a dokonce i dat o genové expresi."
Do konce roku 2005 byly všechny relevantní části uvedeného souboru dat integrovány Markramovým týmem do modelu jediného neuronu. Do roku 2008 se výzkumníkům podařilo zapojit okolo 10.000 těchto modelů neuronů do simulace jednoho kortikálního sloupce. Nyní, s použitím pokročilejší verze superpočítače Blue Gene, mohou simulovat až 100 těchto sloupců vzájemně propojených.
Naše úsilí přineslo několik objevů, říká Markram, jako například dosud nepublikované statistické rozložení synapsí ve sloupci. Skutečným úspěchem je však to, že se ukázalo, že unifikované modely mohou opravdu sloužit jako úložiště dat o kortikální struktuře a funkci. "Většina týmového úsilí šla do tvorby obrovského ekosystému infrastruktury a softwaru, aby 'Blue Brain' mohl být opravdu užitečný pro každého neurovědce," říká Markram. Součástí ekosystému jsou automatické nástroje umožňující přípravu a formování dat pro simulace a dále informační nástroje, jako je channelpedia.net, která shromažďuje strukturované i nestrukturované údaje o iontových kanálech jednak od výzkumníků-přispěvatelů a potom z on-line zdrojů jako je například databáze PubMed, ze které jsou automaticky získávány nejnovějších citace a abstrakty nově vycházejících prací a článků o iontových kanálech. Channelpedia jich v současné době obsahuje již na 180.000.
Channelpedia
Channelpedia je informační framework pro správu komplexních informací o iontových kanálech. Je to v podstatě znalostní systém zaměřený na geneticky vyjádřené modely iontových kanálů, který zároveň vybízí výzkumníky z této vědní oblasti, aby přispívali k budování a zpřesňování informací prostřednictvím interaktivního wiki-rozhraní. Systém je volně dostupný on-line a v současné době (březen 2012) obsahuje 187 komentovaných modelů.

Do systému jsou pravidelně automaticky vkládány nejnovější citace a abstrakty nově vycházejících prací a článků týkajících se iontových kanálů. V současné době jich Channelpedia obsahuje kolem 180,000.

Hlavními zdroji dat jsou přispěvatelé a stávající on-line zdroje jako PubMed. Do sekce nestrukturovaných dat mohou přispěvatelé volně vkládat a upravovat text a obrázky. Sekce strukturovaných dat obsahuje data z existujících on-line zdrojů, které řídí správce pomocí automatizovaných skriptů. Experimentální data mohou být přispěvateli uploadována a uložena jako strukturovaná data.

Channelpedia
Konečným cílem vždy byla integrace dat v rámci celého mozku, říká Henry Markram. Příležitost pro dosažení takového rozsahu vyvstala v prosinci roku 2009, kdy Evropská unie oznámila, že je připravena nalít po jedné miliardě EUR do dvou vysoce rizikových projektů se značným transformačním potenciálem, který by byl zárukou, že se později stanou vlajkovými loděmi budoucího směru výzkumu a vývoje. Markram byl jedním z 27-ti členů poradní skupiny, která tuto iniciativu schválila. Jeho projekt pak samozřejmě nemohl chybět mezi uchazeči. Human Brain Project byl poté v květnu 2011 vybrán mezi šestici kandidátů, kteří obdrželi počáteční kapitál pro přípravu plnohodnotného návrhu. Ten má být předložen letos v květnu 2012.
"Bude-li Human Brain Project vybrán, bude jedním z jeho klíčových cílů, aby byl vysoce kooperativní, internetově dostupný a otevřený pro výzkumné pracovníky z celého světa," říká Markram s tím, že konsorcium projektu se již skládá z přibližně 150 šéfů výzkumů ze 70 institucí v 22 zemích. "Spousta Einsteinů se spojí, aby společně postavili mozek. Každý z nich pak přináší své vlastní nápady a zkušenosti" dodává Markram.
Zdola nahoru
Popis Human Brain Projektu jako otevřeného uživatelského prostředku vyvolal mezi účastníky zasedání v Bernu určitý zájem a nadšení. Více však byli slyšet Markramovi kritici, z nichž mnozí se zaměřovali na nedostatky Blue Brain modelu a Markramova přístupu k integraci dat.
Jádrem tohoto přístupu je Markramovo přesvědčení, že správný unifikující model musí data vstřebávat zdola nahoru. Podle jeho názoru by modeláři měli začít na té nejzákladnější úrovni – má přitom na mysli iontové kanály, které určují, kdy neurony takzvaně 'pálí' - a dostat vše, co pracuje na jedné úrovni předtím, než přistoupí k úrovni další. To vyžaduje provedení ještě mnoha odborných studií a kvalifikovaných odhadů. Markram na jedné straně přiznává existující obrovské mezery ve znalostech o mozku, na druhé straně však tvrdí, že mohou být naplněny daty publikovaných experimentů - Blue Brain model je aktualizován jednou týdně. Alternativní přístupy založené na aproximaci a abstrahování od biologických detailů, nedávají žádnou jistotu, že takové modely chování mají něco společného s tím, jak mozek pracuje.
To je místo, kde ostatní výpočetní neurovědci skřípají zuby. Většina z nich totiž již používá jednoduché modely jednotlivých neuronů ke zkoumání vyšších funkcí mozkových. Markramův přístup podle nich riskuje, že pro stromy neuvidí les. Jak mnozí z nich v Bernu tvrdili, model by mohl být tak podrobný, že pro porozumění nebude jednodušší než samotný reálný mozek. Je tedy otázka, zda Markram vůbec může takový model postavit? Soudě podle toho, co Blue Brain v posledních šesti letech dosáhl, kritici tvrdí, že se to zdá nepravděpodobné. "Titěrný výsek simulované kůry potkana nemá žádné vstupy ze smyslových orgánů, ani žádné výstupy do jiných částí mozku, a neprodukuje téměř žádné zajímavé chování," poukázal Kevan Martin, jeden z ředitelů INI. "To tedy rozhodně není případ, kdy by Markramem simulovaný sloupec, fungoval v celém mozku zvířete," dodal Kevan Martin.
Markram na tuto kritiku reagoval tím, že Blue Brain simulace může být vždy obohacena o další schopnosti. Martina tím ale neohromil. "Nedovedu si představit, jak na této úrovni detailu, která je i po značné Henryho námaze stále ještě velmi neúplná, bude možné během následujících let získat více než několik oblastí mozku hlodavců, natož pak celého mozku octomilky, akvarijní rybky, ptáka, myši nebo opice," pokračuje Kevan Martin.
"Jistě," dodává Martin: "tohle všechno by byla jen bouře v profesorově sklence vody, pokud by HBP (Human Brain Project) nepřispěchal a nezvýšil neobyčejně své šance. Je až příliš snadné si představit další oblasti neurovědeckého výzkumu postrádající díky HBP zdroje - zejména Švýcarsko, jako hostitelská země tohoto projektu, bude muset zajistit podstatnou, ale stále ne předem určenou, část finančních prostředků." Rodney Douglas se ptá: "Evropa by měla utratit 1 miliardu EUR na podporu vášnivé snahy jediného muže?" Připouští sice, že vizionáři jsou občas pro dosažení pokroku potřeba. "Ale co když se vášnivě mýlí?"
Další věc, která neurovědcům poněkud vadí je, že Markram získává svou popularitu spíše prostřednictvím masových sdělovacích prostředků, než publikováním prostřednictvím konvenčních vědeckých kanálů jako jsou vědecká sympozia, konference či vědecké časopisy. "Markram je vysoký, výrazný, své myšlenky vysvětluje velmi jasně s naléhavostí a přiléhavými citáty, což novinářům a publicistům evidentně imponuje. Má až 'hypnotický účinek'," říká Richard Hahnloser, výpočetní neurovědec z INI. Výsledkem této popularity a zájmu ze strany sdělovacích prostředků pak může být dojem, že Human Brain Project odstraní potřebu pokusných zvířat pro výzkum mozku.
"Celá komunita neurovědců pak bude mít za deset let problém, pokud se tyto předpoklady nenaplní," říká další výzkumník INI, který se obává, že politici pak budou mít právo namítat: "Ale vy jste slíbili!"

Vystoupení Henryho Markama na konferenci TED v Oxfordu 2009. Slovenské titulky lze navolit po spuštění tlačítka play.
Nástup pokroku
Markram popuzený z nařčení ze záměrně pěstovaného humbuku se v Bernu ostře ohradil: "Nikdy jsem netvrdil, že by Human Brain Project měl nahradit pokusy na zvířatech. Řekl jsem jen, že simulace vám pomůže vybrat experimenty, které budou nejlepší přidanou hodnotou."
Markram znovu a znovu trpělivě potvrzoval, že Human Brain Project bude otevřený i pro jiné modelovací přístupy. "Tato obava je jednoduše neopodstatněná, pánové se prostě jen neobtěžovali podrobněji seznámit s tím, co je v projektu navrhováno," řekl Markram po mítinku. "Navrhované zařízení bude ve finále umožňovat stavět modely v jakémkoli rozsahu úrovní biologických detailů, jaké jen dovolí pořízená data. Díky přístupu přes internet to pak bude možné dělat odkudkoliv."
Zdá se, že Markram i přes námitky kritiků získává podporu. V loňském roce rada, která dohlíží jak nad ETH tak nad EPFL, nadšeně podpořila Blue Brain Project, po přísném přezkoumání čtyřčlennou porotou, která zahrnovala dva vyhraněné skeptiky Markramova přístupu. Rada požádala švýcarský parlament o schválení 75 milionů švýcarských franků (cca 1,5 miliardy korun) na další podporu projektu na léta 2013-16, což je více než desetinásobek aktuálního rozpočtu Blue Brain Projektu. Rozhodnutí Parlamentu je očekáváno v následujících týdnech.
Pokud jde o Human Brain Project zůstává Markram optimistický: "Evropská unie dojde k podobnému závěru. Nicméně, pokud by projekt podporu nezískal, budeme prostě pokračovat v rozjetém Blue Brain Projektu" i když to může trvat mnohem mnohem déle, než plné simulace mozku dosáhneme.
Markram jasně cítí, že historie je na jeho straně. "Výzkum založený na počítačových simulacích je nevyhnutelný," prohlásil v Bernu. "I kdybych to musel přestat dělat, dříve nebo později k tomu stejně dojde. Stejně jako k tomu došlo již v mnoha jiných oblastech vědy."
Právě jste dočetli 24-tý článek, který vám přinesl Server MAKROPULOS od ledna 2011. Za tuto dobu jsme od vás k dnešnímu dni získali celkem 5000Kč na vašich příspěvcích, což činí průměrně 208Kč na článek. Pokud si myslíte, že si zasloužíme víc,
Prameny a odkazy: