A brain in a supercomputer | Henry Markram

Fordító: Karina Palosi Lektor: Orsolya Szemere

Our mission is to build

Küldetésünk az, hogy létrehozzuk

a detailed, realistic

az emberi agy részletes és hiteles

computer model of the human brain.

számítógépes modelljét.

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

Az elmúlt 4 évben

a proof of concept

bizonyítottuk az elméletet

on a small part of the rodent brain,

a rágcsálóagy egy részén

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

és ebből a bizonyításból kiindulva most növeljük a léptéket

to reach the human brain.

eljutva így az emberi agyig.

Why are we doing this?

Mért csináljuk mindezt?

There are three important reasons.

Ennek három fontos oka van.

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

Először is nagyon fontos megértenünk az emberi agyat,

if we do want to get along in society,

ha boldogulni akarunk a társadalomban,

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

és szerintem ez evolúciós szempontból is kulcsfontosságú lépés.

The second reason is,

A második ok az,

we cannot keep doing animal experimentation forever,

hogy nem végezhetünk örökké állatkísérleteket

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

és testet kell öltsenek az adataink, a tudásunk

into a working model.

egy működőképes modell formájában.

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

Olyan ez, mint Noé bárkája. Mint egy levéltár.

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

A harmadik ok pedig az, hogy a földön két milliárd ember

that are affected by mental disorder,

valamilyen mentális zavarral él,

and the drugs that are used today

és a mai gyógyszerek

are largely empirical.

nagy része tapasztalaton alapszik.

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

Azt gondolom, hogy elő tudunk állni konkrét megoldásokkal arra nézve,

how to treat disorders.

hogy hogyan kezeljük ezeket a zavarokat.

Now, even at this stage,

Már a mostani stádiumban

we can use the brain model

fel tudjuk használni az agy modellt

to explore some fundamental questions

néhány alapvető kérdés kutatására

about how the brain works.

az agyműködést illetően.

And here, at TED, for the first time,

És itt, a TED-en szeretném először

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

megosztani a közönséggel, hogy hogyan közelítjük meg

one theory -- there are many theories --

az elméletek egyikét -- sok elmélet van ugyanis --

one theory of how the brain works.

az agy működéséről szóló egyik elméletet.

So, this theory is that the brain

E szerint az elmélet szerint, az agy

creates, builds, a version of the universe,

alkotja meg, építi fel az univerzum egy változatát.

and projects this version of the universe,

És az univerzum ezen változatát vetíti ki

like a bubble, all around us.

mint egy buborékot, körénk.

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

Persze ez évszázados filozófiai viták tárgyát képzi.

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

De most először megközelíthetjük ezt

with brain simulation,

agyszimulációval,

and ask very systematic and rigorous questions,

illetve módszeresen, pontos kérdésekkel felderíthetjük,

whether this theory could possibly be true.

vajon tényleg igaz lehet-e ez az elmélet?

The reason why the moon is huge on the horizon

Annak az oka, hogy a hold óriási a horizonton,

is simply because our perceptual bubble

az, hogy az észlelő-buborékunk

does not stretch out 380,000 kilometers.

nem ér el 380,000 km messzire.

It runs out of space.

Nincs elég helye.

And so what we do is we compare the buildings

Így inkább az épületekhez viszonyítunk

within our perceptual bubble,

az észlelő-buborékunkból nézve

and we make a decision.

és hozunk egy döntést.

We make a decision it's that big,

Úgy döntünk, hogy akkora,

even though it's not that big.

akkor is ha valójában nem akkora

And what that illustrates

és ez azt mutatja,

is that decisions are the key things

hogy a döntések kulcsfontosságúak ahhoz,

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

hogy az észlelő-buborékunkat támogassák. Ez tartja életben.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Döntések nélkül nem látunk, nem tudunk gondolkodni,

you cannot feel.

nem vagyunk képesek érezni.

And you may think that anesthetics work

És lehet hogy Önök azt gondolják, hogy az anesztézia úgy működik,

by sending you into some deep sleep,

hogy valamiféle mély álomba küld bennünket,

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

vagy azáltal, hogy nem engedi a receptoroknak a fájdalom érzékelését,

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

de valójában a legtöbb altatás nem így működik.

What they do is they introduce a noise

Valójában altatáskor zörejt idéznek elő az agyban,

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

hogy a neuronok ne értsék meg egymást!

They are confused,

Megzavarodnak,

and you cannot make a decision.

és képtelenek vagyunk döntést hozni.

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

Tehát mire mi végre kitaláljuk,

what the doctor, the surgeon, is doing

hogy mégis mit csinál az orvos vagy a sebész,

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

aki épp a testünket darabolja, addigra ő már rég hazament!

He's at home having tea.

És otthon teázgat.

(Laughter)

(nevetés)

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

Tehát amikor egy ajtóhoz lépünk és kinyitjuk

what you compulsively have to do to perceive

ami az észleléshez elengedhetetlen lesz,

is to make decisions,

az a döntéshozatal,

thousands of decisions about the size of the room,

több ezer döntés a szoba méretét,

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

a falat, a magasságot, a szobában lévő tárgyakat illetően.

99 percent of what you see

99 százaléka annak, amit látunk

is not what comes in through the eyes.

nem a szemünkön át ér el hozzánk.

It is what you infer about that room.

Hanem amit arról a szobáról kikövetkeztetünk!

So I can say, with some certainty,

Tehát mondhatom azt, némi bizonyossággal,

"I think, therefore I am."

hogy "gondolkodom, tehát vagyok".

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

De azt nem mondhatom, hogy "Te gondolkozol, tehát vagy",

because "you" are within my perceptual bubble.

mert "te" csak az én észlelő-buborékomban létezel!

Now, we can speculate and philosophize this,

Töprenghetünk és filozofálgathatunk ezen,

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

de nem muszáj ezt tennünk az elkövetkező 100 évben.

We can ask a very concrete question.

Mert feltehetünk egy nagyon is konkrét kérdést.

"Can the brain build such a perception?"

"Tud-e az agy ilyen észlelést létrehozni?"

Is it capable of doing it?

Képes-e rá?

Does it have the substance to do it?

Van-e olyan anyag, amiből ezt létrehozza?

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

Éppen ezt fogom ma elmagyarázni Önöknek.

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

Tehát a világegyetemnek 11 milliárd évébe került megépíteni az agyat.

It had to improve it a little bit.

Kicsit javítania kellett rajta.

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

Hozzá kellett toldani a elülső részhez, hogy legyenek ösztöneink,

because they had to cope on land.

mert a szárazföldön kellett boldoguljunk.

But the real big step was the neocortex.

De az igazán nagy lépés a neokortex, az agykéreg volt.

It's a new brain. You needed it.

Ez egy új agy. Szükség volt rá.

The mammals needed it

Az emlősöknek szükségük lett rá,

because they had to cope with parenthood,

mert meg kellett birkózni az utódneveléssel,

social interactions,

a társas interakcióval,

complex cognitive functions.

és az összetett kognitív funkciókkal.

So, you can think of the neocortex

Vagyis gondolhatunk úgy a neokortexre,

actually as the ultimate solution today,

mint a világegyetem legnagyobb vívmányára

of the universe as we know it.

amiről tudunk.

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

Ez egy csúcspont, egy végső termék

that the universe has produced.

amit az univerzum létrehozott.

It was so successful in evolution

Annyira sikeres volt az evolúció során,

that from mouse to man it expanded

hogy az egértől az emberig terjeszkedve

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

ezerszeresére nőtt a idegsejtek száma,

to produce this almost frightening

ezzel létrehozva ezt a szinte félelmetes

organ, structure.

szervet, rendszert.

And it has not stopped its evolutionary path.

És ez még nem az evolúciós út vége!

In fact, the neocortex in the human brain

Valójában a neokortex az emberi agyban

is evolving at an enormous speed.

a mai napig hatalmas sebességgel fejlődik.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Ha közelebbről vizsgáljuk a neokortex felületét

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

látni, hogy kisebb modulokból áll,

G5 processors, like in a computer.

G5 processzorokból, mint a számítógép.

But there are about a million of them.

Csak itt több millió van belőlük.

They were so successful in evolution

Ezek olyan sikeresek voltak az evolúció során,

that what we did was to duplicate them

hogy sokszorosítottuk őket

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

és egyre többet toldottunk az agyunkhoz belőlük,

until we ran out of space in the skull.

míg már nem volt több hely a koponyánkban.

And the brain started to fold in on itself,

És akkor az agy elkezdte összehajtogatni magát,

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

ettől olyan tekervényes a neokortex.

We're just packing in columns,

Oszlopokat zsúfolunk be,

so that we'd have more neocortical columns

hogy még több agykérgi oszlopunk legyen

to perform more complex functions.

amik összetettebb feladatokra képesek.

So you can think of the neocortex actually as

Úgy is nézhetjük az új agykérget,

a massive grand piano,

mint egy versenyzongorát,

a million-key grand piano.

egy több millió billentyűs zongorát.

Each of these neocortical columns

Minden egyes agykérgi oszlop

would produce a note.

más hangot ad.

You stimulate it; it produces a symphony.

Ha ingereljük, létrehoz egy szimfóniát.

But it's not just a symphony of perception.

Ám ez nem csak az észlelés szimfóniája!

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

Ez a saját univerzumunk, valóságunk szimfóniája!

Now, of course it takes years to learn how

Persze évekbe telik megtanulni mesterien

to master a grand piano with a million keys.

játszani a több millió billentyűn.

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

Ezért kell a gyerekeket jó iskolákba küldenünk,

hopefully eventually to Oxford.

remélhetőleg végül eljutnak Oxford-ba.

But it's not only education.

De mindez nem csak nevelés kérdése.

It's also genetics.

Genetika is.

You may be born lucky,

Van, aki szerencsésnek születik,

where you know how to master your neocortical column,

vagy irányítani tudja az oszlopokat az agykérgében,

and you can play a fantastic symphony.

és nagyszerű szimfóniát hoz létre.

In fact, there is a new theory of autism

Van egy új elmélet az autizmusra

called the "intense world" theory,

amit "intenzív világ" elméletnek neveznek,

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

és ami szerint az agykérgi oszlopok szuper-oszlopok.

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

Nagyon reaktívak és képlékenyek

and so the autists are probably capable of

vagyis az autisták valószínűleg képesek

building and learning a symphony

egy olyan szimfóniát létrehozni és megtanulni,

which is unthinkable for us.

ami számunkra elképzelhetetlen.

But you can also understand

De így az is érthetővé válik,

that if you have a disease

hogy ha betegség alakul ki

within one of these columns,

az egyik oszlopban,

the note is going to be off.

akkor az hang nem lesz tiszta.

The perception, the symphony that you create

Az észlelés, a szimfónia, ami így jön létre,

is going to be corrupted,

meg fog sérülni,

and you will have symptoms of disease.

és létrejönnek a betegség tünetei.

So, the Holy Grail for neuroscience

Vagyis az ideggyógyászat Szent Grálja

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

az agykérgi oszlopok modelljének a feltárása --

and it's not just for neuroscience;

és ez nem csak az ideggyógyászat számára lesz jó;

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

hanem talán hogy megértsük az érzékelést, a valóságot

and perhaps to even also understand physical reality.

és talán, hogy megértsük magát a fizikai valóságot is.

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

Az elmúlt 15 évben

was to dissect out the neocortex, systematically.

módszeresen kielemeztük az agykérget.

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

Mintha az esőerdő egy részét katalogizáltuk volna.

How many trees does it have?

Hány fa van benne?

What shapes are the trees?

Milyen formájúak a fák?

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

Melyik fajtából hány található ott? Hogyan helyezkednek el?

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

De ez több, mint rendszerezés, mert le kell írni

describe and discover all the rules of communication,

és fel kell tárni a kommunikáció szabályait

the rules of connectivity,

a kapcsolódás szabályait,

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

mert a neuronok nem szeretnek ám bármilyen neuronhoz kapcsolódni!

They choose very carefully who they connect with.

Nagy gonddal választják ki azt, akivel összekapcsolódnak.

It's also more than cataloging

Azért is több ez, mint rendszerezés,

because you actually have to build three-dimensional

mert egy három dimenziós

digital models of them.

digitális modellt kell belőle építenünk.

And we did that for tens of thousands of neurons,

És ezt meg is tettük több tízezer neuronnal,

built digital models of all the different types

digitálisan modelleztük a különböző

of neurons we came across.

idegeket, amikkel találkoztunk.

And once you have that, you can actually

És amint ez meglett, elkezdhettük

begin to build the neocortical column.

építeni az agykérgi oszlopot.

And here we're coiling them up.

És itt összetekerjük.

But as you do this, what you see

De miközben ezt tesszük, azt vesszük észre,

is that the branches intersect

hogy az ágak keresztezik egymást

actually in millions of locations,

valójában több millió helyen,

and at each of these intersections

és minden egyes kereszteződésnél

they can form a synapse.

szinapszisokat hozhatnak létre.

And a synapse is a chemical location

A szinapszis egy kémia hely,

where they communicate with each other.

ahol egymással kommunikálnak.

And these synapses together

És a szinapszisok összessége

form the network

hálózatot alkot

or the circuit of the brain.

vagyis az agy áramkörét.

Now, the circuit, you could also think of as

Namost erre az áramkörre gondolhatunk úgy is,

the fabric of the brain.

mint az agy anyagára.

And when you think of the fabric of the brain,

És ha az agy anyagára gondolunk,

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

a szerkezetére, hogy hogyan épül fel, hogy mi a szőnyeg mintázata,

You realize that this poses

rádöbbenünk, hogy ez

a fundamental challenge to any theory of the brain,

alapvető kihívás elé állít minden agy-elméletet,

and especially to a theory that says

főleg, ha az elmélet azt mondja ki,

that there is some reality that emerges

hogy valamiféle valóság kerekedik ki

out of this carpet, out of this particular carpet

a szőnyegből, ebből a bizonyos szőnyegből,

with a particular pattern.

aminek ez a bizonyos mintázata van.

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

Ennek oka pedig az, hogy az agy szerveződésének legfőbb titka

is diversity.

a változatosság.

Every neuron is different.

Minden egyes neuron más.

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

Mint egy erdőben. Minden fenyő más benne.

You may have many different types of trees,

Sokféle fa lehet benne,

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

de minden fenyő is más. És az agy is ugyanilyen.

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

Vagyis nincs az agyamban két egyforma neuron,

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

és nincs olyan agyi neuronom, ami megegyezne a tiéddel.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

És a te neuronjaid nem fognak teljesen ugyanúgy

in exactly the same way.

elhelyezkedni, és irányulni.

And you may have more or less neurons.

És lehet, hogy több, vagy kevesebb neuronnal rendelkezel.

So it's very unlikely

Vagyis igen valószínűtlen,

that you got the same fabric, the same circuitry.

hogy ugyanaz lenne a te anyagod vagy áramköröd.

So, how could we possibly create a reality

Tehát hogy vagyunk képesek olyan valóságot teremteni,

that we can even understand each other?

amiben egyáltalán értjük egymást?

Well, we don't have to speculate.

Nos, nem kell sokat töprengenünk ezen.

We can look at all 10 million synapses now.

Most már megvizsgálhatjuk mind a 10 millió szinapszist.

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

Megnézhetjük az anyagot. És megváltoztathatunk neuronokat.

We can use different neurons with different variations.

Használhatunk különböző neuronokat, különböző variációkban.

We can position them in different places,

Elhelyezhetjük őket máshova,

orient them in different places.

irányíthatjuk őket másfelé.

We can use less or more of them.

Növelhetjük vagy csökkentjük a számukat.

And when we do that

És amikor ezt megtettük,

what we discovered is that the circuitry does change.

felfedeztük, hogy az áramkör megváltozott.

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

De a minta, ami alapján az áramkör készül, nem változott.

So, the fabric of the brain,

Vagyis az agy alapanyaga,

even though your brain may be smaller, bigger,

akár kisebb, akár nagyobb az agyunk térfogata,

it may have different types of neurons,

vagy más fajta idegsejtekből épül fel,

different morphologies of neurons,

más alakú neuronokból,

we actually do share

végső soron mindannyian

the same fabric.

ugyanabból az anyagból vagyunk.

And we think this is species-specific,

Szerintünk ez fajspecifikus,

which means that that could explain

ami megmagyarázná, hogy

why we can't communicate across species.

mért nem tudnak a fajok egymással kommunikálni.

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

Akkor kapcsoljuk be. De ahhoz, hogy ezt megtehessük,

is you have to make this come alive.

életre kell kelteni.

We make it come alive

Életre kelteni pedig

with equations, a lot of mathematics.

egyenletekkel és matematikával lehet.

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

Az egyenleteket, amik a neuronokat elektromos generátorrá alakítják,

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

két cambridge-i Nobel díjas fedezte fel.

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

Vagyis megvan a matek, ami megeleveníti a neuronokat.

We also have the mathematics to describe

Vannak egyenleteink is, amik leírják,

how neurons collect information,

hogy hogyan gyűjt információt a neuron,

and how they create a little lightning bolt

és hogy hogyan keletkezik az a kis villám,

to communicate with each other.

aminek segítségével egymással kommunikálnak.

And when they get to the synapse,

És amikor a szinapszishoz érnek

what they do is they effectively,

gyakorlatilag annyit tesznek,

literally, shock the synapse.

hogy szó szerint, sokkolják a szinapszist.

It's like electrical shock

Ez olyan, mint egy elektromos sokk,

that releases the chemicals from these synapses.

amitől kémiai anyagokat bocsát ki a szinapszis.

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

És matematikailag le tudjuk írni a folyamatot.

So we can describe the communication between the neurons.

Vagyis le tudjuk írni a neuronok közti kommunikációt.

There literally are only a handful

Szó szerint csak egy maréknyi

of equations that you need to simulate

egyenletre van szükség, hogy szimulálni tudjuk

the activity of the neocortex.

a neokortex tevékenységét.

But what you do need is a very big computer.

Amire szükség van, az egy nagyon nagy számítógép.

And in fact you need one laptop

Pontosabban egy laptop-ra van szükség

to do all the calculations just for one neuron.

neurononként, ami elvégzi a számításokat.

So you need 10,000 laptops.

Vagyis 10 000 laptopra van szükség.

So where do you go? You go to IBM,

Hova forduljunk? Az IBM-hez,

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

és ők adnak egy szupercomputert, mert ők tudják, hogy lehet berakni

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

10 000 laptopot egy hűtőládányi térfogatba.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Itt van tehát ez a Blue Gene szupercomputerünk.

We can load up all the neurons,

Betöltjük az összes neuront,

each one on to its processor,

mindet a saját processzorához,

and fire it up, and see what happens.

beindítjuk és lássuk mi történik.

Take the magic carpet for a ride.

Repülünk egy kört a varázsszőnyeggel!

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Itt aktiváljuk. És ez az első bepillantás abba,

of what is happening in your brain

ami az agyban történik,

when there is a stimulation.

amikor inger éri.

It's the first view.

Ez az első nézet.

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

Elsőre talán azt gondolják, hogy

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

"Úristen, ebből hogyan áll elő a valóság?"

But, in fact, you can start,

De valójában be lehet indítani,

even though we haven't trained this neocortical column

annak ellenére, hogy nem tanítottuk ezt az oszlopot arra,

to create a specific reality.

hogy valamiféle jellegzetes valóságot teremtsen.

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

De feltehetjük a kérdést, hogy "Hol a rózsa?"

We can ask, "Where is it inside,

Vagy "Hol látszik az belül,

if we stimulate it with a picture?"

ha képpel ingereljük?"

Where is it inside the neocortex?

Hol található a neokortexen belül?

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

Mert végülis ott kell lennie, ha ezzel ingereltük.

So, the way that we can look at that

Vagyis nézhetjük úgy,

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

hogy figyelmen kívül hagyjuk a neuronokat, és a szinapszisokat,

and look just at the raw electrical activity.

és csak a nyers elektromos tevékenységgel foglalkozunk.

Because that is what it's creating.

Ugyanis az az, amit létrehoz.

It's creating electrical patterns.

Elektromos mintákat hoz létre.

So when we did this,

Úgyhogy amikor ezt megcsináltuk,

we indeed, for the first time,

akkor tényleg, az életben először

saw these ghost-like structures:

megláttuk ezeket a szellemszerű szerkezeteket:

electrical objects appearing

elektromos tárgyak jelentek meg

within the neocortical column.

az agykérgi oszlopban.

And it's these electrical objects

És ezek az elektromos tárgyak

that are holding all the information about

tartalmazzák az információt az ingerről

whatever stimulated it.

ami létrehozta őket.

And then when we zoomed into this,

És amikor ráközelítettünk erre,

it's like a veritable universe.

ez egy valóságos univerzumnak bizonyult.

So the next step

Vagyis a következő lépés,

is just to take these brain coordinates

fogni ezeket az agyi koordinátákat,

and to project them into perceptual space.

és kivetíteni az észlelhető térbe.

And if you do that,

Ha ezt megtesszük,

you will be able to step inside

képesek leszünk belépni

the reality that is created

egy valóságba, aminek az alkotója

by this machine,

ez a gép,

by this piece of the brain.

ez a darabka agy.

So, in summary,

Összegezve,

I think that the universe may have --

azt gondolom, hogy a világegyetem, --

it's possible --

könnyen lehet, -- hogy azért hozta létre

evolved a brain to see itself,

az agyat, hogy lássa önmagát,

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

ami lehet hogy az első lépés az öntudatosság felé.

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

Még bőven akad mit vizsgálni az elméleten

and to test any other theories.

és más elméleteken is.

But I hope that you are at least partly convinced

De remélem, legalább részben meggyőztem Önöket arról,

that it is not impossible to build a brain.

hogy nem lehetetlen agyat építeni.

We can do it within 10 years,

10 év alatt elkészülünk

and if we do succeed,

és ha sikerül,

we will send to TED, in 10 years,

10 év múlva küldünk a TED konferenciára

a hologram to talk to you. Thank you.

egy beszélő hologrammot. Köszönöm.

(Applause)

(taps)