A brain in a supercomputer | Henry Markram

Translator: Frederik Hermund Reviewer: Jonas Tholstrup Christensen

Our mission is to build

Vores mission er at bygge

a detailed, realistic

en detaljeret, realistisk

computer model of the human brain.

computermodel af menneskehjernen.

And we've done, in the past four years,

Og vi er nået frem til, over de sidste fire år,

a proof of concept

en beviseligt fungerende model

on a small part of the rodent brain,

af en lille del af en gnaverhjerne,

and with this proof of concept we are now scaling the project up

og med dette bevis på konceptets holdbarhed opskalerer vi nu projektet

to reach the human brain.

for at nå til menneskehjernen.

Why are we doing this?

Hvorfor gør vi dette?

There are three important reasons.

Der er tre vigtige grunde.

The first is, it's essential for us to understand the human brain

Den første er, at det er essentielt for os at forstå menneskehjernen

if we do want to get along in society,

hvis vi ønsker at kunne omgås hinanden i samfundet,

and I think that it is a key step in evolution.

og det tror jeg er et vigtigt udviklingstrin i evolutionen.

The second reason is,

Den anden grund er,

we cannot keep doing animal experimentation forever,

at vi ikke kan blive ved med at lave dyreforsøg for evigt,

and we have to embody all our data and all our knowledge

og at vi er nødt til at håndgribeliggøre al vores data og al vores viden

into a working model.

i en funktionel model.

It's like a Noah's Ark. It's like an archive.

Det er ligesom en Noahs Ark. Det er ligesom et arkiv.

And the third reason is that there are two billion people on the planet

Og den tredje grund er, at der er to milliarder mennesker på planeten

that are affected by mental disorder,

som er påvirkede af sindslidelser,

and the drugs that are used today

og de medicintyper der bruges i dag

are largely empirical.

er stort set baserede på empiriske data.

I think that we can come up with very concrete solutions on

Jeg tror at vi kan finde frem til meget konkrete løsninger på

how to treat disorders.

hvordan vi behandler lidelser.

Now, even at this stage,

Nu, selv på dette stadie,

we can use the brain model

kan vi bruge modellen af hjernen

to explore some fundamental questions

til at udforske nogle grundlæggende spørgsmål

about how the brain works.

om hvordan hjernen virker.

And here, at TED, for the first time,

Og her, på TED, for første gang,

I'd like to share with you how we're addressing

vil jeg gerne give jer indblik i, hvordan vi tager fat på

one theory -- there are many theories --

én teori - der er mange teorier -

one theory of how the brain works.

én teori om hvordan hjernen virker.

So, this theory is that the brain

Altså, denne teori går ud på at hjernen

creates, builds, a version of the universe,

skaber, bygger, en version af universet.

and projects this version of the universe,

Og projicerer denne version af universet,

like a bubble, all around us.

som en bobbel, hele vejen rundt om os.

Now, this is of course a topic of philosophical debate for centuries.

Nu har dette emne selvfølgelig været debatteret af filosoffer i århundreder.

But, for the first time, we can actually address this,

Men for første gang kan vi faktisk tage fat på det

with brain simulation,

med hjerne simulering

and ask very systematic and rigorous questions,

og stille strengt systematiske spørgsmål

whether this theory could possibly be true.

om hvorvidt den teori faktisk kunne være sand.

The reason why the moon is huge on the horizon

Grunden til at månen er enorm på horisonten

is simply because our perceptual bubble

er simpelthen fordi vores perceptions-bobbel

does not stretch out 380,000 kilometers.

ikke strækker sig 380.000 kilometer ud.

It runs out of space.

Den løber tør for plads.

And so what we do is we compare the buildings

Så det vi gør, er at sammenligne bygningerne

within our perceptual bubble,

indeni vores perceptions-bobbel

and we make a decision.

og vi træffer en beslutning.

We make a decision it's that big,

Vi træffer en beslutning om at den er så stor,

even though it's not that big.

selv om den ikke er så stor,

And what that illustrates

og hvad dette illustrerer

is that decisions are the key things

er at beslutninger er de vigtigste ting

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

der understøtter vores perceptions-bobbel. De holder den i live.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Uden beslutninger kan man ikke se, kan man ikke tænke,

you cannot feel.

kan man ikke føle.

And you may think that anesthetics work

Og man tror måske at bedøvelsesmidler virker

by sending you into some deep sleep,

ved at sende dig ind i en dyb søvn,

or by blocking your receptors so that you don't feel pain,

eller ved at blokere dine receptorer, så du ikke føler smerte,

but in fact most anesthetics don't work that way.

men faktisk virker de fleste bedøvelsesmidler ikke på den måde.

What they do is they introduce a noise

Det de gør, er at introducere en støj

into the brain so that the neurons cannot understand each other.

i hjernen, så neuronerne ikke kan forstå hinanden.

They are confused,

De bliver forvirrede,

and you cannot make a decision.

og du kan ikke træffe en beslutning.

So, while you're trying to make up your mind

Så imens du prøver at bestemme dig for

what the doctor, the surgeon, is doing

hvad lægen, kirurgen foretager sig

while he's hacking away at your body, he's long gone.

når han hakker løs på din krop, er han forlængst forsvundet.

He's at home having tea.

Han sidder derhjemme og drikker te.

(Laughter)

(Latter)

So, when you walk up to a door and you open it,

Så, når du går hen til en dør og du åbner den,

what you compulsively have to do to perceive

er du, for at kunne opfatte, nødt til

is to make decisions,

at træffe beslutninger,

thousands of decisions about the size of the room,

tusindvis af beslutninger om størrelsen på rummet,

the walls, the height, the objects in this room.

væggen, højden, genstandene i dette rum.

99 percent of what you see

99 procent af hvad du ser

is not what comes in through the eyes.

er ikke hvad der kommer ind gennem øjnene.

It is what you infer about that room.

Det er hvad du udleder omkring rummet.

So I can say, with some certainty,

Så jeg kan sige, med nogen sikkerhed,

"I think, therefore I am."

"Jeg tænker, derfor er jeg."

But I cannot say, "You think, therefore you are,"

Men jeg kan ikke sige, "Du tænker, derfor er du,"

because "you" are within my perceptual bubble.

fordi "du" er inden i min perceptionsbobbel.

Now, we can speculate and philosophize this,

Nu kan vi spekulere og filosofere over dette,

but we don't actually have to for the next hundred years.

men det behøver vi faktisk ikke i de kommende hundrede år.

We can ask a very concrete question.

Vi kan stille et meget konkret spørgsmål.

"Can the brain build such a perception?"

"Kan hjernen bygge sådan en opfattelse?"

Is it capable of doing it?

Er den i stand til at gøre det?

Does it have the substance to do it?

Har den stoffet til at gøre det?

And that's what I'm going to describe to you today.

Og det er hvad jeg vil beskrive for jer i dag.

So, it took the universe 11 billion years to build the brain.

Det tog universet 11 milliarder år at bygge hjernen.

It had to improve it a little bit.

Det skulle forbedre den en lille smule.

It had to add to the frontal part, so that you would have instincts,

Det skulle føje til den forreste del, så du kunne få instinkter,

because they had to cope on land.

fordi de skulle klare sig på land.

But the real big step was the neocortex.

Men det virkeligt store skridt var neokortex.

It's a new brain. You needed it.

Det er en ny hjerne. Du havde brug for den.

The mammals needed it

Pattedyrene havde brug for den

because they had to cope with parenthood,

fordi de skulle håndtere forældreskab,

social interactions,

sociale interaktioner,

complex cognitive functions.

komplekse kognitive funktioner.

So, you can think of the neocortex

Så man kan tænke på neokortex

actually as the ultimate solution today,

faktisk som nutidens ypperste løsning

of the universe as we know it.

på universet som vi kender det.

It's the pinnacle, it's the final product

Den er højdepunktet, den er det endelige produkt

that the universe has produced.

som universet har frembragt.

It was so successful in evolution

Den var så succesfuldt i evolutionen

that from mouse to man it expanded

at fra mus til mand udvidede den sig

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

omtrent tusinde gange hvad angår antallet af neuroner,

to produce this almost frightening

for at frembringe dette næsten skræmmende

organ, structure.

organ, denne struktur.

And it has not stopped its evolutionary path.

Og det er ikke stoppet på sin evolutionære rejse.

In fact, the neocortex in the human brain

Faktisk så er neokortex i den menneskelige hjerne

is evolving at an enormous speed.

ved at udvikle sig med en enorm hastighed.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Hvis man zoomer ind på overfladen af neokortex,

you discover that it's made up of little modules,

opdager man at den består af små moduler,

G5 processors, like in a computer.

G5 processorer, som i en computer.

But there are about a million of them.

Men der er omkring en million af dem.

They were so successful in evolution

De var så succesfulde i evolutionen,

that what we did was to duplicate them

at det vi gjorde, var at kopiere dem

over and over and add more and more of them to the brain

igen og igen, og føje flere og flere af dem til hjernen,

until we ran out of space in the skull.

indtil vi løb tør for plads inde i kraniet.

And the brain started to fold in on itself,

Og hjernen begyndte at folde sig omkring sig selv,

and that's why the neocortex is so highly convoluted.

og det er grunden til at neokortex er så sammenfoldet.

We're just packing in columns,

Vi propper simpelthen nye kolonner ind,

so that we'd have more neocortical columns

sådan at vi kan få plads til flere neokortikale kolonner

to perform more complex functions.

til at udføre mere komplekse funktioner.

So you can think of the neocortex actually as

Så man kan faktisk forestille sig neokortex som

a massive grand piano,

et kæmpestort flygel,

a million-key grand piano.

et flygel med en million tangenter.

Each of these neocortical columns

Hver af disse neokortikale kolonner

would produce a note.

ville frembringe en tone.

You stimulate it; it produces a symphony.

Du stimulerer den; den frembringer en symfoni.

But it's not just a symphony of perception.

Men det er ikke kun en symfoni af perceptioner.

It's a symphony of your universe, your reality.

Det er symfonien af dit univers, af din virkelighed.

Now, of course it takes years to learn how

Nu tager det selvfølgelig årevis at lære hvordan

to master a grand piano with a million keys.

man bemestrer et flygel med en million tangenter.

That's why you have to send your kids to good schools,

Det er derfor du må sende dine børn til de gode skoler

hopefully eventually to Oxford.

forhåbentlig en gang til Oxford.

But it's not only education.

Men det er ikke kun uddannelse.

It's also genetics.

Det er også genetik.

You may be born lucky,

Du kan være født heldig,

where you know how to master your neocortical column,

eller du ved hvordan du bemestrer dine neokortikale kolonner.

and you can play a fantastic symphony.

og du kan spille en fantastisk symfoni.

In fact, there is a new theory of autism

Faktisk er der en ny teori om autisme

called the "intense world" theory,

kaldet "teorien om den intense verden",

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

som forslår at de neokortikale kolonner er superkolonner.

They are highly reactive, and they are super-plastic,

De er højt reaktive og de er superplastiske,

and so the autists are probably capable of

så derfor er autisterne formodentligt i stand til

building and learning a symphony

at bygge og lære sig en symfoni

which is unthinkable for us.

der er utænkelig for os andre.

But you can also understand

Men man må også forstå

that if you have a disease

at hvis man har en sygdom

within one of these columns,

i en af disse kolonner,

the note is going to be off.

vil tonen klinge falsk.

The perception, the symphony that you create

Perceptionen, den symfoni du skaber,

is going to be corrupted,

vil være beskadiget,

and you will have symptoms of disease.

og du vil have sygdomssymptomer.

So, the Holy Grail for neuroscience

Så den Hellige Gral for neurovidenskaben

is really to understand the design of the neocoritical column --

er virkeligt at forstå indretningen af den neokortikale kolonne -

and it's not just for neuroscience;

og det er ikke kun for neurovidenskabens skyld;

it's perhaps to understand perception, to understand reality,

det er måske at forstå perceptionen, at forstå virkeligheden,

and perhaps to even also understand physical reality.

og måske endda også at forstå den fysiske virkelighed.

So, what we did was, for the past 15 years,

Så hvad vi gjorde var, gennem de sidste 15 år,

was to dissect out the neocortex, systematically.

var at dissekere neokortex systematisk.

It's a bit like going and cataloging a piece of the rainforest.

Det er lidt som at tage ud for at katalogisere et stykke af regnskoven.

How many trees does it have?

Hvor mange træer er der?

What shapes are the trees?

Hvilke former har træerne?

How many of each type of tree do you have? Where are they positioned?

Hvor mange af hver slags træ er der? Hvor er de placeret?

But it's a bit more than cataloging because you actually have to

Men det er lidt mere end at katalogisere, for du er faktisk nødt til

describe and discover all the rules of communication,

at beskrive og opdage alle reglerne for kommunikation,

the rules of connectivity,

reglerne for tilslutningsmuligheder,

because the neurons don't just like to connect with any neuron.

for neuronerne kan ikke lide bare at tilslutte sig enhver anden neuron.

They choose very carefully who they connect with.

De vælger meget omhyggeligt hvem de forbinder sig med.

It's also more than cataloging

Det er også mere end at katalogisere

because you actually have to build three-dimensional

fordi du faktisk er nødt til at bygge en tredimensionel

digital models of them.

digital model af dem.

And we did that for tens of thousands of neurons,

Og det har vi gjort for titusindevis af neuroner,

built digital models of all the different types

bygget digitale modeller af alle de forskellige typer

of neurons we came across.

af neuroner som vi stødte på.

And once you have that, you can actually

Og når man først har det, kan man faktisk

begin to build the neocortical column.

begynde at bygge den neokortikale kolonne.

And here we're coiling them up.

Og her viser vi dem samtidigt, sammenviklede.

But as you do this, what you see

Men mens man gør dette, ser man

is that the branches intersect

at grenene krydser hinanden

actually in millions of locations,

faktisk millioner af steder,

and at each of these intersections

og ved hver af disse krydsninger

they can form a synapse.

kan de danne en synapse.

And a synapse is a chemical location

Og en synaps er en kemisk lokation

where they communicate with each other.

hvor de kommunikerer med hinanden.

And these synapses together

Og sammen danner disse synapser

form the network

netværket

or the circuit of the brain.

eller hjernens kredsløb.

Now, the circuit, you could also think of as

Nu kan man også tænke på kredsløbet som

the fabric of the brain.

hjernens stof.

And when you think of the fabric of the brain,

Og når du tænker på hjernens stof,

the structure, how is it built? What is the pattern of the carpet?

strukturen, hvordan er det så bygget? Hvordan er mønstret i tæppet?

You realize that this poses

Du indser at dette udgør

a fundamental challenge to any theory of the brain,

en grundlæggende udfordring for enhver teori om hjernen,

and especially to a theory that says

og specielt for en teori der siger

that there is some reality that emerges

at en eller anden virkelighed træder frem

out of this carpet, out of this particular carpet

ud af dette tæppe, ud af dette specifikke tæppe

with a particular pattern.

med et bestemt mønster.

The reason is because the most important design secret of the brain

Grunden er at hjernens vigtigste konstruktionshemmelighed

is diversity.

er forskelligartethed.

Every neuron is different.

Hver neuron er forskellig.

It's the same in the forest. Every pine tree is different.

Det er det samme i skoven. Hvert fyrretræ er forskelligt.

You may have many different types of trees,

Du kan godt have mange forskellige typer af træer,

but every pine tree is different. And in the brain it's the same.

men hvert fyrretræ er stadig forskelligt. Og i hjernen er det det samme.

So there is no neuron in my brain that is the same as another,

Så der er ingen neuron i min hjerne der er identisk med en anden,

and there is no neuron in my brain that is the same as in yours.

og der er ingen neuron i min hjerne der er identisk med en i jeres.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

Og jeres neuroner vil ikke være drejet og placeret

in exactly the same way.

på helt samme måde.

And you may have more or less neurons.

Og I kan have flere eller færre neuroner.

So it's very unlikely

Så det er meget usandsynligt

that you got the same fabric, the same circuitry.

at I har det samme stof, de samme kredsløb.

So, how could we possibly create a reality

Så hvordan kan vi have skabt en virkelighed

that we can even understand each other?

hvor vi overhovedet kan forstå hinanden?

Well, we don't have to speculate.

Tja, vi behøver ikke spekulere over det.

We can look at all 10 million synapses now.

Vi kan nu se på alle 10 millioner synapser.

We can look at the fabric. And we can change neurons.

Vi kan se på stoffet. Og vi kan ændre neuroner.

We can use different neurons with different variations.

Vi kan bruge forskellige neuroner med forskellige variationer.

We can position them in different places,

Vi kan placere dem forskellige steder,

orient them in different places.

dreje dem i forskellige retninger.

We can use less or more of them.

Vi kan bruge færre eller flere af dem.

And when we do that

Og når vi gør det

what we discovered is that the circuitry does change.

opdager vi at kredsløbene ændres.

But the pattern of how the circuitry is designed does not.

Men at mønstret for hvordan kredsløbene sammensættes ikke ændres.

So, the fabric of the brain,

Så hjernens stof

even though your brain may be smaller, bigger,

uanset at din hjerne kan være mindre, eller større,

it may have different types of neurons,

og at den kan have andre typer af neuroner,

different morphologies of neurons,

andre morfologier af neuroner,

we actually do share

så deler vi faktisk

the same fabric.

det samme stof.

And we think this is species-specific,

Og vi tror dette er arts-specifikt,

which means that that could explain

hvilket betyder at det kunne forklare

why we can't communicate across species.

hvorfor vi ikke kan kommunikere på tværs af arter.

So, let's switch it on. But to do it, what you have to do

Så lad os tænde for den. Men for at gøre det

is you have to make this come alive.

må vi bringe den til live.

We make it come alive

Vi bringer den til live

with equations, a lot of mathematics.

med ligninger, en masse matematik.

And, in fact, the equations that make neurons into electrical generators

Og faktisk blev de ligninger, der gør neuroner til elektriske genratorer,

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

opdaget af to nobelprismodtagere fra Cambridge.

So, we have the mathematics to make neurons come alive.

Så vi har matematikken til at bringe neuronerne til live.

We also have the mathematics to describe

Vi har også matematikken til at beskrive

how neurons collect information,

hvordan neuroner opsamler information,

and how they create a little lightning bolt

og hvordan de skaber et lillebitte lynglimt

to communicate with each other.

for at kommunikere med hinanden.

And when they get to the synapse,

Og når disse når til synapserne,

what they do is they effectively,

er det de gør at de praktisk talt,

literally, shock the synapse.

bogstaveligt talt lammer synapsen.

It's like electrical shock

Det er ligesom et elektrisk stød

that releases the chemicals from these synapses.

der udløser kemikalierne fra disse synapser.

And we've got the mathematics to describe this process.

Og vi har matematikken til at beskrive processen.

So we can describe the communication between the neurons.

Så vi kan beskrive kommunikationen mellem neuronerne.

There literally are only a handful

Der er bogstaveligt talt kun en håndfuld

of equations that you need to simulate

af ligninger som kræves for at simulere

the activity of the neocortex.

aktiviteten i neokortex.

But what you do need is a very big computer.

Men der er stadig brug for en meget stor computer.

And in fact you need one laptop

Og faktisk er der brug for en bærbar

to do all the calculations just for one neuron.

til alle udregningerne for bare en enkelt neuron.

So you need 10,000 laptops.

Så der er brug for 10.000 bærbare.

So where do you go? You go to IBM,

Så hvor går man hen? Man går til IBM,

and you get a supercomputer, because they know how to take

og man får en supercomputer, for de ved hvordan man tager

10,000 laptops and put it into the size of a refrigerator.

10.000 bærbare og bygger dem sammen til noget på størrelse med et køleskab.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Så nu har vi denne Blue Gene supercomputer.

We can load up all the neurons,

Vi kan uploade alle neuronerne,

each one on to its processor,

hver til sin egen processer,

and fire it up, and see what happens.

og tænde for det og se hvad der sker.

Take the magic carpet for a ride.

Tage en tur på det flyvende tæppe.

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Her aktiverer vi det. Og det giver de første glimt

of what is happening in your brain

af hvad der foregår i din hjerne

when there is a stimulation.

når den stimuleres.

It's the first view.

Det er det første indblik.

Now, when you look at that the first time, you think,

Når man ser det første gang, tænker man nok,

"My god. How is reality coming out of that?"

"Min gud. Hvordan udspringer virkeligheden af dét der?"

But, in fact, you can start,

Men vi kan faktisk godt begynde,

even though we haven't trained this neocortical column

selv om vi ikke har optrænet denne neokortikale kolonne

to create a specific reality.

til at skabe en specifik virkelighed.

But we can ask, "Where is the rose?"

Men vi kan spørge, "Hvor er rosen?"

We can ask, "Where is it inside,

Vi kan spørge, "Hvor er den inden i..."

if we stimulate it with a picture?"

"... hvis vi kan stimulere den med et billede?"

Where is it inside the neocortex?

Hvor er den inde i neokortex?

Ultimately it's got to be there if we stimulated it with it.

I sidste ende bliver den nødt til at være der, hvis vi stimulerede det med den.

So, the way that we can look at that

Så den måde, vi kan undersøge det på,

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

er ved at ignorere neuronerne, ignorere synapserne,

and look just at the raw electrical activity.

og kun se på den rå, elektriske aktivitet.

Because that is what it's creating.

For det er det, den skaber.

It's creating electrical patterns.

Den skaber elektriske mønstre.

So when we did this,

Så da vi gjorde dette,

we indeed, for the first time,

så vi faktisk for allerførste gang

saw these ghost-like structures:

disse spøgelsesagtige strukturer:

electrical objects appearing

elektriske objekter der kommer til syne

within the neocortical column.

indeni i den neokortikale kolonne.

And it's these electrical objects

Og det er disse elektriske objekter

that are holding all the information about

der indeholder al informationen om

whatever stimulated it.

hvad der end stimulerede dem.

And then when we zoomed into this,

Og da vi så zoomede ind på dette,

it's like a veritable universe.

viser det sig som et veritabelt univers.

So the next step

Så næste skridt

is just to take these brain coordinates

er bare at tage disse hjerne-koordinater

and to project them into perceptual space.

og projicere dem ind i et perceptuelt rum.

And if you do that,

Og hvis man gør det,

you will be able to step inside

vil man kunne træde ind i

the reality that is created

den virkelighed, der er blevet skabt

by this machine,

af denne maskine,

by this piece of the brain.

af dette stykke af hjernen.

So, in summary,

Så, for at opsummere,

I think that the universe may have --

tror jeg at universet kan have -

it's possible --

det er en mulighed -

evolved a brain to see itself,

udviklet en hjerne til at se sig selv,

which may be a first step in becoming aware of itself.

hvilket kan være et første skridt i dets bevidstgørelse om sig selv.

There is a lot more to do to test these theories,

Der er meget mere at gøre for at teste disse teorier,

and to test any other theories.

og for at teste alle andre teorier.

But I hope that you are at least partly convinced

Men jeg håber, at I er ihvertfald delvist overbeviste om

that it is not impossible to build a brain.

at det ikke er umuligt at bygge en hjerne.

We can do it within 10 years,

Vi kan gøre det indenfor 10 år,

and if we do succeed,

og hvis det nu lykkes,

we will send to TED, in 10 years,

så sender vi, til TED om 10 år,

a hologram to talk to you. Thank you.

et hologram der kan tale for jer. Tak.

(Applause)

(Applaus)