A brain in a supercomputer | Henry Markram

Traduttore: Cesare Giorgio Bin Revisore: Roberto Zanchi

Our mission is to build

La nostra missione è quella di costruire

a detailed, realistic

un modello computerizzato del cervello umano

computer model of the human brain.

dettagliato e realistico.

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

Nel corso degli ultimi quattro anni

a proof of concept

abbiamo dimostrato la fattibiltà del concetto

on a small part of the rodent brain,

simulando una piccola parte del cervello di un topolino,

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

e adesso stiamo sviluppando ed ingrandendo il progetto

to reach the human brain.

per arrivare a simulare il cervello umano.

Why are we doing this?

Perche stiamo facendo tutto ciò?

There are three important reasons.

Ci sono tre ragioni principali.

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

La prima, è l'importanza di capire il funzionamento del cervello

if we do want to get along in society,

per progredire nella comprensione della società,

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

ed penso che questo sia un passo fondamentale nell'evoluzione.

The second reason is,

La seconda ragione è che non possiamo

we cannot keep doing animal experimentation forever,

continuare all'infinito a fare esperimenti sugli animali,

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

e dobbiamo integrare tutti i dati e la conoscenza

into a working model.

in un modello funzionale.

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

E' come l'arca di Noè o un archivio.

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

La terza ragione è che ci sono due miliardi di persone

that are affected by mental disorder,

che soffrono di patologie mentali,

and the drugs that are used today

ed i farmaci disponibili ad oggi

are largely empirical.

funzionano prevalentemente in modo empirico.

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

Penso che possiamo arrivare ad una soluzione concreta

how to treat disorders.

su come trattare patologie mentali.

Now, even at this stage,

Già allo stadio in cui siamo

we can use the brain model

possiamo usare il modello computerizzato del cervello

to explore some fundamental questions

per esplorare alcuni aspetti fondamentali

about how the brain works.

del suo funzionamento.

And here, at TED, for the first time,

Qui a TED, in anteprima,

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

voglio illustrarvi il modo in cui stiamo

one theory -- there are many theories --

verificando una delle molte teorie

one theory of how the brain works.

sul funzionamento del cervello.

So, this theory is that the brain

Questa teoria postula che il cervello

creates, builds, a version of the universe,

crei, costruisca una propria versione dell'universo.

and projects this version of the universe,

E proietta questa versione dell'universo,

like a bubble, all around us.

come una bolla, tutt'intorno a noi.

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

Questo è stato argomento di dispute filosofiche per secoli.

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

Ma, per la prima volta, possiamo veramente studiarlo

with brain simulation,

per mezzo di una simulazione del cervello

and ask very systematic and rigorous questions,

ponendo domande in maniera sistematica e rigorosa

whether this theory could possibly be true.

per verificare questa teoria.

The reason why the moon is huge on the horizon

La ragione per cui la luna appare più grande all'orizzonte

is simply because our perceptual bubble

è semplicemente che la nostra bolla percettiva

does not stretch out 380,000 kilometers.

non si estende per 380.000 chilometri.

It runs out of space.

Non è abbatanza grande.

And so what we do is we compare the buildings

E così quello che facciamo è paragonare gli edifici

within our perceptual bubble,

all'interno della nostra bolla percettiva,

and we make a decision.

e traiamo conclusioni.

We make a decision it's that big,

Decidiamo che uno è grande,

even though it's not that big.

anche se magari non è così grande,

And what that illustrates

e questo significa

is that decisions are the key things

è che le decisioni sono ciò

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

che sostiene la nostra bolla percettiva. La tiene in vita.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Senza decisioni non ci è possibile vedere, pensare,

you cannot feel.

o provare emozioni.

And you may think that anesthetics work

Può essere che crediate che l'anestesia funzioni

by sending you into some deep sleep,

immergendovi in un sonno profondo,

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

oppure bloccando i recettori in modo da non far sentire dolore,

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

ma in realtà non funziona così.

What they do is they introduce a noise

L'anaestesia crea un'interferenza

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

nel cervello, in modo che i neuroni non possano capirsi l'un l'altro.

They are confused,

Sono confusi

and you cannot make a decision.

e non ci consentono di prendere decisioni.

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

Così, mentre cercate di decidere

what the doctor, the surgeon, is doing

su cosa stia facendo il chirurgo

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

mentre vi opera, il chirurgo se ne è già andato.

He's at home having tea.

E' a casa a bere il té.

(Laughter)

(Risate)

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

Quindi, quando trovate una porta e la aprite,

what you compulsively have to do to perceive

quello che dovete obbligatoriamente fare per percepire,

is to make decisions,

è prendere delle decisioni.

thousands of decisions about the size of the room,

Migliaia di decisioni circa le dimensioni della stanza,

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

le pareti, l'altezza, gli oggetti presenti.

99 percent of what you see

Il 99 percento di quello che vedete

is not what comes in through the eyes.

non è quello che entra dagli occhi.

It is what you infer about that room.

E' quello che inferite della stanza.

So I can say, with some certainty,

Ecco che si può dire, con certezza,

"I think, therefore I am."

"Penso, dunque sono".

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

Ma non posso dire "tu pensi, quindi sei"

because "you" are within my perceptual bubble.

perchè tu sei nella mia bolla percettiva.

Now, we can speculate and philosophize this,

Possiamo speculare e filosofare a questo proposito,

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

ma non è necessario farlo per i prossimi cento anni.

We can ask a very concrete question.

Possiamo porci una domanda molto concreta.

"Can the brain build such a perception?"

"Può il cervello creare una tale percezione?"

Is it capable of doing it?

Ha la capacità di farlo?

Does it have the substance to do it?

Ha il materiale per farlo?

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

Ecco quello che vi voglio presentare oggi.

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

L'universo ha impiegato 11 miliardi di anni per costruire il cervello.

It had to improve it a little bit.

Ha dovuto migliorarlo a poco a poco.

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

Ha dovuto aggiungere i lobi frontali, in modo che si possano avere istinti,

because they had to cope on land.

perchè questi erano necessari per sopravvivere.

But the real big step was the neocortex.

Ma il progresso più importante è stata la neo-corteccia cerebrale.

It's a new brain. You needed it.

E' il nuovo cervello che ci serviva.

The mammals needed it

Era necessario ai mammiferi

because they had to cope with parenthood,

perchè dovevano far fronte all'allevamento della prole,

social interactions,

alle interazioni sociali,

complex cognitive functions.

a funzioni cognitive sofisticate.

So, you can think of the neocortex

Si può pensare che la neo-corteccia

actually as the ultimate solution today,

sia la soluzione definitiva

of the universe as we know it.

prodotta dall'universo, per quel che ne sappiamo.

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

E' il pinnacolo, il prodotto finale

that the universe has produced.

che l'universo ha prodotto.

It was so successful in evolution

Ha avuto un tale successo evolutivo

that from mouse to man it expanded

che, dal topo fino all'uomo,

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

è cresciuta di un migliaio di volte in termini di numero di neuroni,

to produce this almost frightening

per arrivare a questo quasi terrificante

organ, structure.

organo, a questa struttura.

And it has not stopped its evolutionary path.

E non ha terminato il proprio percorso evolutivo.

In fact, the neocortex in the human brain

A tutti gli effetti, la neo-corteccia del cervello umano

is evolving at an enormous speed.

si sta evolvendo ad un'enorme velocità.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Se fate uno zoom sulla superficie della neo-corteccia

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

scoprirete che è costituita da piccoli moduli

G5 processors, like in a computer.

processori G5, come in un computer

But there are about a million of them.

Ma ce ne sono circa un milione

They were so successful in evolution

Hanno avuto un tale successo nell'evoluzione

that what we did was to duplicate them

che quello che abbiamo fatto è stato di moltiplicarli

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

via via, aggiungendone sempre più al cervello

until we ran out of space in the skull.

fino a non trovare più spazio dentro al cranio

And the brain started to fold in on itself,

Così, il cervello ha cominciato a ripegarsi su se stesso

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

e questa è la ragione per cui la neo-corteccia è così convoluta.

We're just packing in columns,

Non si sta facendo altro che stipare colonne

so that we'd have more neocortical columns

per poter avere ulteriori colonne neo-corticali

to perform more complex functions.

per eseguire funzioni sempre più complesse

So you can think of the neocortex actually as

Dunque potete pensare alla neo-corteccia come

a massive grand piano,

ad un enorme pianoforte

a million-key grand piano.

un pianoforte con un milione di tasti.

Each of these neocortical columns

Ognuna di queste colonne corticali

would produce a note.

può produrre una nota.

You stimulate it; it produces a symphony.

La stimolate e produce una sinfonia.

But it's not just a symphony of perception.

Ma non è semplicemente una sinfonia di percezioni.

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

E' una sinfonia del vostro universo, la vostra realtà.

Now, of course it takes years to learn how

Ci vogliono anni per imparare

to master a grand piano with a million keys.

a padroneggiare un pianoforte con un milione di tasti.

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

Ecco perchè bisogna mandare i bambini a buone scuole,

hopefully eventually to Oxford.

sperabilmente fino ad Oxford.

But it's not only education.

Ma non è solo questione di educazione

It's also genetics.

ma anche di genetica.

You may be born lucky,

Se siete fortunati,

where you know how to master your neocortical column,

o sapete padroneggiare le vostre colonne corticali

and you can play a fantastic symphony.

potete suonare una sinfonia fantastica.

In fact, there is a new theory of autism

C'è una nuova teoria sull'autismo

called the "intense world" theory,

chiamata teoria del "modo intenso",

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

che postula che le colonne corticali siano "super colonne"

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

altamente reattive ed super plastiche

and so the autists are probably capable of

e così chi è autistico è in grado di

building and learning a symphony

creare ed imparare una sinfonia

which is unthinkable for us.

che per noi altri è inpensabile.

But you can also understand

Ma capirete anche

that if you have a disease

che se c'è qualche disfunzione

within one of these columns,

in una di queste colonne

the note is going to be off.

la nota può risultare stonata.

The perception, the symphony that you create

La percezione, la sinfonia prodotta,

is going to be corrupted,

sarà rovinata,

and you will have symptoms of disease.

e si mostreranno i sintomi della malattia.

So, the Holy Grail for neuroscience

Quindi, il Santo Graal per le neuroscienze

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

è capire la struttura delle colonne corticali

and it's not just for neuroscience;

e non solo nell'interesse delle neuroscienze,

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

ma forse anche per capire la percezione, la realtà,

and perhaps to even also understand physical reality.

e perfino la realtà del mondo fisico.

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

Quello che abbiamo fatto negli ultimi 15 anni

was to dissect out the neocortex, systematically.

è stato sezionare la neo-corteccia, in modo sistematico.

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

E' un po' come andare a catalogare un pezzo di foresta.

How many trees does it have?

Quanti alberi ci sono?

What shapes are the trees?

Di che forma sono gli alberi?

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

Quanti ce ne sono per ogni tipo? come sono posizionati?

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

E' qualcosa di più di un catalogare perchè bisogna

describe and discover all the rules of communication,

scoprire e descrivere le regole della comunicazione

the rules of connectivity,

e le regole della connettività

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

perche ai neuroni non piace connettersi con qualunque altro neurone.

They choose very carefully who they connect with.

Scelgone con attenzione a chi si connettono.

It's also more than cataloging

Si tratta di qualcosa di più che catalogare anche

because you actually have to build three-dimensional

perchè bisogna costruire dei modelli digitali

digital models of them.

tridimensionali delle colonne.

And we did that for tens of thousands of neurons,

E noi l'abbiamo fatto per decine di migliaia di neuroni

built digital models of all the different types

avbbiamo costruito dei modelli digitali di vari tipi

of neurons we came across.

dei neuroni che abbiamo trovato.

And once you have that, you can actually

Una volta fatto questo, si può realmente

begin to build the neocortical column.

cominciare a costruire la colonna neocorticale.

And here we're coiling them up.

Ecco, qui stiamo arrotolandone una sull'altra.

But as you do this, what you see

Ma mentre lo fate, quello che scoprite è che

is that the branches intersect

i rami si intersecano

actually in millions of locations,

in milioni di punti

and at each of these intersections

e ad ognuna di queste intersezioni

they can form a synapse.

si forma una sinapsi.

And a synapse is a chemical location

La sinapsi è il luogo chimico

where they communicate with each other.

in cui le colonne comunicano tra di loro.

And these synapses together

E queste sinapsi tutte insieme

form the network

formano la rete

or the circuit of the brain.

o il circuito del cervello.

Now, the circuit, you could also think of as

Il circuito si può considerare come

the fabric of the brain.

il tessuto del cervello.

And when you think of the fabric of the brain,

E quando si pensa al tessuto del cervello,

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

come è fatta la struttura? Qual'è il disegno del tappeto?

You realize that this poses

Potete capire che questo rappresenta

a fundamental challenge to any theory of the brain,

una sfida fondamentale per qualsiasi teoria del cervello,

and especially to a theory that says

ed in particolare per una teoria che dice

that there is some reality that emerges

che c'è una realtà che emerge

out of this carpet, out of this particular carpet

da questo tappeto, da questo tipo di tappeto

with a particular pattern.

con un proprio disegno particolare.

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

Questo accade perchè il più importante segreto

is diversity.

del disegno del cervello è la diversità.

Every neuron is different.

Ogni neurone è differente.

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

E' lo stesso in una foresta. Ogni pino è diverso.

You may have many different types of trees,

Ci possono essere molti tipi diversi di alberi

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

ma ogni pino è diverso. E nel cervello è lo stesso.

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

non c'è un neurone nel mio cevello che sia uguale ad un altro,

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

e non c'è un neurone nel mio cevello che sia uguale a uno dei vostri.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

E i vostri neuroni non saranno posizionati ed orientati

in exactly the same way.

esattamente allo stesso modo.

And you may have more or less neurons.

Si possono avere più o meno neuroni.

So it's very unlikely

Così è molto improbabile

that you got the same fabric, the same circuitry.

che voi abbiate lo stesso tessuto, gli stessi circuiti.

So, how could we possibly create a reality

Allora, come è possibile che creiamo una realtà

that we can even understand each other?

tale che possiamo comprenderci vicendevolmente?

Well, we don't have to speculate.

Non serve fare speculazioni,

We can look at all 10 million synapses now.

Possiamo guardare alle dieci milioni di sinapsi.

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

Possiamo prendere in esame il tessuto e cambiare i neuroni.

We can use different neurons with different variations.

Possiamo usare neuroni differenti, con differenti variazioni.

We can position them in different places,

Possiamo posizionarli in luogi differenti,

orient them in different places.

e orientarli in diversi modi.

We can use less or more of them.

Possiamo usarne di più o di meno,

And when we do that

E quando facciamo tutto ciò

what we discovered is that the circuitry does change.

scopriamo è che i circuiti in effetti cambiano

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

Ma lo schema di come i circuiti sono disegnati non cambia.

So, the fabric of the brain,

Così, il tessuto del cervello,

even though your brain may be smaller, bigger,

benchè il vostro proprio cervello può essere più piccolo o più grande,

it may have different types of neurons,

può avere svariati tipi di neuroni,

different morphologies of neurons,

svariate morfologie.

we actually do share

Abbiamo in comune

the same fabric.

lo stesso tessuto.

And we think this is species-specific,

Riteniamo che questo fatto sia specifico per ogni specie,

which means that that could explain

il che potrebbe spiegare

why we can't communicate across species.

perchè non possiamo comunicare tra speci diverse.

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

Allora, facciamolo funzionare. Ma per fare ciò

is you have to make this come alive.

occorre dargli vita.

We make it come alive

Gli si dà vita

with equations, a lot of mathematics.

con equazioni e formule.

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

Le equazioni che descrivono i neuroni come dei generatori di elettricità

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

furono scoperte da due premi Nobel di Cambridge.

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

Abbiamo le formule che animano i neuroni.

We also have the mathematics to describe

Abbiamo anche le formule che descrivono

how neurons collect information,

il modo in cui i neuroni raccolgono informazioni,

and how they create a little lightning bolt

e il modo in cui creano una piccola scarica elettrica

to communicate with each other.

per comunicare tra di loro.

And when they get to the synapse,

E quando si arriva alla sinapsi,

what they do is they effectively,

quello che fanno in realtà,

literally, shock the synapse.

è di causare, letteralmente, uno shock alla sinapsi.

It's like electrical shock

E' come uno shock elettrico

that releases the chemicals from these synapses.

che libera dei composti chimici.

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

Abbiamo le equazioni che descrivono anche questo processo.

So we can describe the communication between the neurons.

Così possiomo descrivere la comunicazione tra i neuroni.

There literally are only a handful

E' solo una manciata

of equations that you need to simulate

di equazioni quella che serve per simulare

the activity of the neocortex.

l'attività della neo-corteccia.

But what you do need is a very big computer.

Però serve un computer molto potente.

And in fact you need one laptop

In realtà serve un computer portatile

to do all the calculations just for one neuron.

per eseguire i calcoli per un solo neurone.

So you need 10,000 laptops.

Allora servono 10.000 portatili.

So where do you go? You go to IBM,

Bisogna andare all'IBM,

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

e usare un supercomputer, perchè loro sanno come prendere

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

10.000 laptop e concentrarli nelle dimensioni di un frigorifero.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Con questo computer Blue Gene.

We can load up all the neurons,

Possiamo caricare tutti i neuroni,

each one on to its processor,

ciascuno sul suo processore,

and fire it up, and see what happens.

dare l'avvio, e stare a vedere cosa succede.

Take the magic carpet for a ride.

Portare il tappeto magico a fare un giro.

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Qui lo attiviamo. E questo ci dà un'idea

of what is happening in your brain

di ciò che succede nel vostro cervello

when there is a stimulation.

quando c'é uno stimolo.

It's the first view.

E' una prima prospettiva.

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

Quando guardate per la prima volta, vi viene da pensare:

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

"Dio mio. Com'è che la realtà viene fuori da lì?"

But, in fact, you can start,

Però in effetti è possibile constuire

even though we haven't trained this neocortical column

una realtà particolare anche se

to create a specific reality.

non abbiamo istruito questa collona neo-corticale,

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

Ma possiamo chiedere: "dov'è la rosa?"

We can ask, "Where is it inside,

Possiamo chiedere "dove si trova nella corteccia,

if we stimulate it with a picture?"

se la stimoliamo con una foto?"

Where is it inside the neocortex?

Dove è collocata nella neo-corteccia?

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

Se abbiamo creato questo stimolo, deve trovarsi all'interno.

So, the way that we can look at that

Possiamo ignorare

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

i neuroni e le sinapsi,

and look just at the raw electrical activity.

e concentrarci solo sull'attività elettrica.

Because that is what it's creating.

Perchè questo è ciò che viene creato.

It's creating electrical patterns.

Si generano modelli di attività elettrica.

So when we did this,

Quando facciamo così

we indeed, for the first time,

per la prima volta vediamo

saw these ghost-like structures:

queste strutture fantasmatiche:

electrical objects appearing

oggetti fatti di elettricità che compaiono

within the neocortical column.

dentro la colonna neo corticale.

And it's these electrical objects

Sono proprio questi oggetti

that are holding all the information about

che contengono tutte le informazioni relative

whatever stimulated it.

a qualsiasi cosa le abbia stimolate.

And then when we zoomed into this,

E quando abbiamo fatto uno zoom su questa realtà,

it's like a veritable universe.

è come un universo vero e proprio.

So the next step

Il prossimo passo

is just to take these brain coordinates

è prendere queste coordiante cerebrali

and to project them into perceptual space.

e proiettarle nello spazio percettivo.

And if you do that,

E facendo ciò

you will be able to step inside

si può entrare nella

the reality that is created

realtà che si è creata

by this machine,

da questo pezzo di cervello

by this piece of the brain.

per mezzo di questa macchina.

So, in summary,

Quindi, in sintesi,

I think that the universe may have --

Penso che l'universo possa -

it's possible --

possibilmente -

evolved a brain to see itself,

aver evoluto un cervello per guardare a se stesso.

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

che può essere un primo passo verso l'auto-coscienza.

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

C'è ancora un sacco di cose da fare per verificare queste teorie,

and to test any other theories.

o qualsiasi altra teoria.

But I hope that you are at least partly convinced

Ma spero che voi siate almeno parzialmente convinti

that it is not impossible to build a brain.

che non è impossibile costruire un cervello.

We can do it within 10 years,

Possiamo arrivarci in 10 anni,

and if we do succeed,

e se ce la facciamo,

we will send to TED, in 10 years,

spediremo a TED, tra 10 anni,

a hologram to talk to you. Thank you.

un ologramma per tenere la conferenza. Grazie.

(Applause)

(Applausi)