Calea către înțelegerea creierului : Henry Markram la TEDxCHUV

Aș dori să vă vorbesc despre Proiectul Creierul Uman, un CERN de cercetare a creierului, având ca scop accelerarea înțelegerii funcționării creierului uman. Cred că ați văzut un exemplu foarte bun de pasiune, Gregoire, speranța în progresul înțelegerii creierului în multe forme. Dar dacă mergi la un expert în neuroștiință azi și îl întrebi: „Când vom înțelege creierul?” Se va eschiva zicând: „Nu, nu, nu. Va dura foarte mult timp. Va dura o veșnicie.” Întrebarea e dacă ne putem permite să așteptăm. Ne putem permite să așteptăm să înțelegem creierul uman? Deja sunt 127 de milioane afectați psihic în Europa. Deja costă 1 trilion de dolari, doar în Europa. Companiile farmaceutice au renunțat. Spun că au cheltuit miliarde de euro decenii la rând, iar săparea în creier nu rezolvă problema. Nu pot obține tratamente mai bune. Novartis, Roche și alții – trag oblonul în neuroștiință. Ar trebui să întrebăm: „De ce nu putem înțelege creierul?” De ce-i atât de dificil să înțelegem creierul? Dacă mergi la neuroexperți spun: „Va dura foarte mult.” Întrebi, „De ce nu putem înțelege creierul?” Vor răspunde: „deoarece creierul e prea complicat.” Vor răspunde: „pentru că nu știm destul.” Vor spune: „Sunt prea multe găuri în cercetare. Nu putem înțelege creierul. Sunt prea multe goluri în cercetare. Nu știm destul. E prea complicat. Ne va trebui foarte mult timp pentru a înțelege creierul.” Problema e că dacă analizăm *** se studiază creierul la ora actuală, există în lume circa 100.000 de cercetători. Ne trezim dimineața, unii avem câte-o idee bună și aceste idei intră în competiție. Cea mai bună idee aduce mulți bani. Apoi ideile se dezvoltă, se face cercetarea, adăugăm un nou increment în cunoaștere, un mic increment de informație despre creier. Așa am generat deja vreo 5 milioane de studii vizând direct creierul. Deci se generează multă cunoaștere. Există cinci milioane de referate. Iar 30 de milioane sunt legate indirect de înțelegerea creierului. Ele apar din științele naturale. Întrebarea este: „Câte referate mai trebuie să facem? Câte studii? 10.000 de referate? 100.000 de studii? Sau încă un milion de studii? Vom rezolva vreodată problema?” Trebuie să ne întrebăm: „Care e de fapt problema?” De fapt adevărata problemă e că această cunoaștere e fragmentată. Cu totul fragmentată. Majoritatea nici măcar nu ne înțelegem în neuroștiință. E evident ce trebuie să facem. Și voi știți soluția. Aceste date trebuie coroborate. Dar pentru asta, vom avea nevoie de majoritatea disciplinelor. Avem nevoie de ajutorul inginerilor, ceea ce vedeți aici. Ei au învățat să-și ia datele fizice ale caracteristicilor mecanismelor și au reușit să dezvolte tehnologia. Au reușit să construiască avioane, mașini, tot felul de mecanisme. Va trebui să apelăm la matematicieni, fizicieni, chimiști și neuroinformaticieni pentru a studia aceste date, a le intui sensul, a le analiza și a le înțelege desfășurarea și regulile legate de aceste informații. Am putea apela și la NASA. *** coordonăm tot acest efort? Am putea apela la CERN pentru că CERN are experiență. *** luăm mii de oameni de știință, să-i adunăm la aceeași masă și să-i facem să coopereze în aceeași misiune? Am început acest demers. În Proiectul Blue Brain, acum vreo 7 ani, am început realizarea unei asemenea facilități. E un prototip. E o facilitate de supercalcul, o inițiativă de soft care să încerce să sintetizeze aceste date. De-asemenea, recent am început încropirea unui consorțiu larg, de 256 cercetători din toată lumea, pentru a începe să pună cap-la-cap toate datele și a lucra sistematic pentru descifrarea creierul uman. Pentru a justifica o astfel de încercare, a trebuit să configurăm o parte a creierului. Am ales coloana neocorticală. A trebuit să o facem la un șobolan sau alt rozător pentru că pe acestea s-au obținut majoritatea datelor. De asemenea, am ales coloana neocorticală pentru că e cea mai complexă parte a creierului. Cea mai sofisticată. Dacă putem reproduce această mică parte din creier, vom putea construi și celelalte părți. Am pornit având în vedere această misiune. Prima problemă de rezolvat a fost că, dacă dorim să reproducem o parte de creier, trebuie cunoscute toate tipurile de neuroni. O problemă foarte mare, dificilă. Sunt multe tipuri de celule care formează „neuromul”. La-nceput, când am pornit asta, n-aveam idee *** se va rezolva. Am aflat pe parcurs că există reguli foarte simple ce permit schimbarea compoziției celulelor. E ca și *** am căuta rețeta de paste bună sau *** am desluși prin inginerie rețeta Coca‑Cola. Deci, asta s-a realizat și putem extinde studiul creierul în ansamblu, compoziția tuturor celulelor din creier. A trebuit să punem cap-la-cap toate datele referitoare la moleculele și proteinele care aduc la viață neuronul. Astea se numesc canale ionice și a trebuit să vedem *** să le îmbinăm pentru a constitui diferitele tipuri de neuroni și a-i aduce la viață. A trebuit să rezolvăm una din cele mai mari probleme, numită „conectom”. Conectom: „*** se vor potrivi toate celulele într-un ansamblu?” Creierul are o mie de trilioane de sinapse și fiecare dintre aceste sinapse, aceste mici puncte roșii pe care le vedeți, e poziționată într-o locație foarte precisă. La-nceput nu știam *** să rezolvăm această problemă, dar luând toate informațiile disponibile din diferite domenii de cercetare, am descoperit niște reguli foarte simple care ne permit azi, matematic, să conectăm neuronii și să rezolvăm toate aceste sinapse. Credem că putem extinde asta la întregul creier, ceea ce înseamnă că veți putea conecta neuronii și veți putea avea pozițiile acestor trilioane de sinapse. A trebuit să dezvoltăm acest soft care va permite acum să luați aceste modele matematice și să le instalați pe supercomputere pentru a simula celulele individuale și *** comunică acestea între ele. Așa arată. Ați văzut în prezentarea lui Richard Frackowiak. Se numește: „Modelul Unificat al unei Coloane Corticale”. Magia acestuia e că înmagazinează – e ca o bibliotecă. Cuprinde 100 de ani de cunoaștere. La un anumit grad de detaliu, cuprinde 100 de ani de cunoaștere despre această parte a creierului. E o reprezentare integrată a tuturor fragmentelor de informație care erau disponibile. Acum și aici a fost disponibilă, am putut-o pune laolaltă. Dar importanța acestuia e că acum putem folosi acest model pentru a face practic mii de predicții care ar fi necesitat multe decenii de cercetare. Asta vrem să spunem prin accelerarea înțelegerii creierului. Studiind aceste modele, putem sări decenii de cercetare care ne permit să înțelegem *** e alcătuit creierul ca sistem integrat. Trebuie să trecem de la șoareci la oameni pentru că trebuie neapărat să învățăm *** să ducem mai departe informațiile pe care le-am aflat. Toată cunoașterea primită de la animale să o transpunem în înțelegerea creierului uman. Căci, după *** ați mai auzit, creierul uman nu-i un loc unde puteți accesa tot ce doriți. Trebuie însușite principiile biologiei și folosite pentru a reconstitui creierul uman. Ați putea întreba, odată ce am realizat configurarea, „*** înțelegem ce face?” Unul din lucrurile pe care le facem e să conectăm modelul configurat la un avatar virtual care se comportă într-un mediu virtual. Prin comportamentul său, pe măsură ce începe să învețe și să ia decizii, să perceapă, vom putea urmări toate nivelele de organizare. Construind modele la nivel de detaliu molecular sau la nivel de detaliu genetic ale tuturor zonelor, se va putea studia întregul spectru al activității cerebrale și se vor putea delimita, descompune toți pașii implicați în cogniție. E probabil singura metodă la care mă pot gândi la ora actuală care ar putea furniza această proiecție pe niveluri multiple a originii unui comportament. Făcând asta, mai apoi am putea trece să răspundem la unele întrebări foarte importante. De exemplu: „*** poate înregistra creierul toate legile fizice pentru a construi micul nostru univers?” Dacă micul tău univers nu-i corect, va trebui să mergi la profesorul Frackowiak să vadă care-i baiul. Mulți oameni suferă de boli pentru că și-au construit un model greșit despre lume. Prin asta nu doar că putem vedea *** se prăbușește această lume, universul construit, ci putem identifica și în ce punct se prăbușește. Aceste modele vor putea fi folosite ca razele X sau sisteme de focalizare în diagnoză, pentru a putea identifica locul cel mai probabil unde se pot manifesta aceste boli. În același timp, se poate încerca determinarea celui mai bun tratament. Pentru ca toate acestea să devină realitate, mai trebuie să implementăm o mulțime de inovații informatice. Să schimbăm modul de funcționare a supercomputerelor. Să facem din ele instrumente interactive pentru a putea literalmente zbura prin creier la diferite nivele și să explorăm *** funcționează. Dacă nu vă incită înțelegerea creierului și seriozitatea bolilor nu sunt suficiente să credeți că trebuie să-l descifrăm acum, cât putem de repede, poate banii vă conving. Sunt mulți bani în joc. Creierul e supertehnologie. Nu transmite informația ca tehnologia. Trimite un indiciu și receptorul imaginează răspunsul. Folosiți-vă de asta sau descoperiți principiul – telefonul mobil, Internetul nu vor mai fi aceleași. Nu stochează informația în felul în care o face tehnologia de azi. Probabil stochează echivalentul unor peta sau exabiți de date. Descoperiți asta și prelucrarea datelor se va schimba radical. Nu calculează ca un calculator. De fapt ghicește răspunsul în mod creativ. E foarte eficient din punct de vedere energetic. Ați auzit de la Pier, 20 de wați. Un supercomputer echivalent ar înghiți un gigawat, cu un cost de un miliard de dolari pentru electricitate. Deci, supercomputerul echivalent ar mânca un gigawat. E foarte sigur. După *** ați auzit, puteți pierde 80% din celulele dintr-o zonă a creierului fără să vă dați seama. Puteți să vă pierdeți jumătate din creier înainte ca cineva să-și dea seama că suferiți de demență. Robust, foarte sigur. Descoperind aceste secrete, veți putea construi o tehnologie incredibil de sigură. Înțelegerea creierului va schimba tehnologia secolului XXI. Deci, dacă bolile nu motivează destul, iată o altă motivație. De fapt, asta bate deja la ușă. Tehnologia unor chip-uri cu circuite cerebrale e aici. A fost o cursă în SUA, Asia și Europa pentru realizarea unor chip-uri ce pot recepționa unde cerebrale. Și ele sunt gata. Au fost realizate în ultimii 15 ani. Așteaptă doar schemele. E nevoie ca schemele de circuit să fie imprimate pentru ca astea să devină cea mai nouă generație a ceea ce numim procesoare neuromorfice. Astea vor schimba radical modul de funcționare a calculatoarelor. Vedem că se vor hibridiza și vom avea calculatoare convenționale combinate cu calculatoare neuromorfice. Acesta e consorțiul care se formează și credem că acesta va fi unul dintre cele mai nemaiîntâlnite experimente de a reuni un grup de oameni de știință multidisciplinari. Dacă toate merg bine, vom începe în 2013, iar agenda e pe 10 ani. De fapt nu așteptăm asta în Elveția. Începem. Poate ați auzit anunțul. Se va construi o clădire nouă, prima la nivel mondial, dedicată punerii cap-la-cap a tuturor informațiilor fragmentate. Va fi o clădire unică pentru că nu implică doar cercetare. E pentru a angaja publicul. Scopul acestei clădiri e de a asigura că publicul, voi, puteți veni cu noi în această aventură, căci înțelegerea creierului vă va da noi forțe și va schimba complet societatea. Mulțumesc. (Aplauze)