Задача явно более дерзкая и рискованная, чем даже «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.

Если «геном» означает совокупность всех генов организма, то полная карта нейронных соединений получила название «коннектом» (суффикс «-ом» сейчас вообще в моде). Пока единственный организм, для которого ученые смогли составить коннектом, это 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 семь тысяч соединений между ними и удалось картировать еще в 1986 году после двенадцати лет упорного труда.

Потом на основании этой схемы сделали виртуальную нематоду — запрограммировали для нее виртуальную среду и попытались заставить модель червячка ползать по модели среды. Но толку от такой модели оказалось немного: простенькое поведение нематоды воспроизвести не получилось, потому что мы не знаем многих подробностей работы ее нервной системы.

Если можно создать искусственный аналог человеческого мозга, значит, можно сделать и нечто более мощное. И тогда, чтобы не стать домашними животными суперкомпьютеров, людям придется создавать усилители своего мозга

Нужно создавать не просто коннектом, а функциональный коннектом — живую карту активности нервной системы в реальном времени. Отрабатывать технологию авторы проекта BAM 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 с карликовой многозубки, самого маленького и простенького млекопитающего, и заканчивая приматами. Конечным ориентиром служит карта работающего человеческого мозга.

Наш мозг содержит около 100 миллиардов нейронов и почти в десять тысяч 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 у разных людей они различаются.

— Четкой локализации функций в мозге вообще нет, — объяснил нам директор Института мозга человека РАН Святослав Медведев. — Вернее, ее 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.

Есть риск, что американский БАМ может превратиться 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.

За несколько недель до 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 в беседе с корреспондентом «РР».

С 2005 года Маркрам моделирует кору мозга с помощью суперкомпьютера Blue Gene, продвинутого потомка чемпиона по шахматам Deep Blue. Ученому 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 сто 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).

Кора человеческого мозга тоже состоит из подобных колонок, в ней 20 миллиардов нейронов, и Маркрам берется построить ее виртуальный аналог менее чем за десятилетие.

— Возможно, через десять 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 ста 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 22 стран.

Темные лошадки «новой космической гонки»

Программы 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, какая именно разработка сыграет самую большую роль в разгадке тайн человеческого сознания.

Human Connectome Project

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

SYNAPSE

Совместный проект IBM и DARPA (Агентство по перспективным оборонным разработкам США). SYNAPSE — аббревиатура, которая расшифровывается как «Системы нейроморфной адаптивной пластичной масштабируемой электроники». ­Частью этой программы является начатая корпорацией IBM разработка архитектуры вычислительной системы, строящейся на принципах организации живого мозга. Заявленная цель — «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 были созданы 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.

SPAUN

Симулятор мозга, который разработал Крис Элайсмит, нейробиолог из канадского Университета Ватерлоо. Несмотря на скромный бюджет, многие называют его самой реалистичной моделью человеческого мозга. Она состоит из 2,5 млн нейронов, к­оторые организованы в подсистемы, отражающие несколько регионов реального мозга (префронтальная кора, таламус, зрительная кора и другие). Главное преимущество этой модели состоит 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.

REBRAIN 2045

Лаборатория обратной инженерии мозга, занимающаяся под руководством профессора Виталия Дунина-Барковского «обратным конструированием мозга», 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 лаборатории собираются разработать детальное описание механизмов работы мозга человека, а к январю 2021 года — собрать на его основе полную действующую модель мозга. Вдохновляющая исследователей цель — кибернетическое бессмертие: профессор надеется загрузить свое сознание в новый бессмертный мозг, для которого его коллеги из движения «Россия 2045» разрабатывают бессмертное кибертело.