A brain in a supercomputer | Henry Markram

ヘンリー・マークラムがスーパーコンピュータの中に脳を構築

翻訳: Mitsumasa Ihara 校正: Natsuhiko Mizutani

Our mission is to build

我々のミッションは、人間の脳の

a detailed, realistic

詳細かつ現実的な

computer model of the human brain.

コンピュータモデルを構築することです。

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

我々は、過去４年の間に

a proof of concept

コンセプトの実証を、

on a small part of the rodent brain,

げっ歯類の脳の小片で行いました。

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

この実証によって、目下このプロジェクトを

to reach the human brain.

ヒトの脳にまでスケールアップしようとしています。

Why are we doing this?

なぜこんなことをするのでしょうか？

There are three important reasons.

重要な理由が三つあります。

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

第一に、人間の脳を理解することは、

if we do want to get along in society,

社会でうまくやっていくのに不可欠です。

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

また、進化の重要なステップだと思います。

The second reason is,

第二の理由としては、

we cannot keep doing animal experimentation forever,

動物実験をいつまでも続けるわけにはいきません。

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

全てのデータや知識を作業モデルに

into a working model.

統合する必要があります。

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

ノアの方舟であり、アーカイブのようなものです。

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

第三の理由は、地球上には二十億もの人々が

that are affected by mental disorder,

精神疾患を患っています。

and the drugs that are used today

今日使われている薬の大部分は、

are largely empirical.

経験的なものですが、

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

疾病の手当についてとても具体的な答えを

how to treat disorders.

見つけ出せると思います。

Now, even at this stage,

今、この段階でも、

we can use the brain model

脳のモデルを使用して、

to explore some fundamental questions

脳の働きについての基本的な問題を

about how the brain works.

探究することができます。

And here, at TED, for the first time,

ここＴＥＤで、はじめて

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

我々の取り組みを共有したいと思います、

one theory -- there are many theories --

一つの理論--多くの理論がありますが--

one theory of how the brain works.

脳の働きについての一つの理論について。

So, this theory is that the brain

その理論によれば、脳が

creates, builds, a version of the universe,

宇宙の１つのバージョンを創造し、構築するのです。

and projects this version of the universe,

そして、この宇宙のバージョンを、

like a bubble, all around us.

泡のように、周囲すべてに映し出すのです。

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

これはもちろん何世紀にもわたる哲学的な議論の的です。

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

しかし、はじめて、実際にこの問題に、

with brain simulation,

脳のシミュレーションにより取り組み、

and ask very systematic and rigorous questions,

非常に体系的で厳密な問いを投げかけることができます、

whether this theory could possibly be true.

この理論がほんとうに真実であり得るのかを。

The reason why the moon is huge on the horizon

月が地平線上では巨大になる理由は、

is simply because our perceptual bubble

単に私たちの知覚の泡が

does not stretch out 380,000 kilometers.

38 万キロメートルも広がらないからです。

It runs out of space.

空間の限界からはみ出るのです。

And so what we do is we compare the buildings

そこで、私たちは建物と比較するのです、

within our perceptual bubble,

知覚の泡の範囲内で、

and we make a decision.

そして、判断します。

We make a decision it's that big,

私たちはその大きさであると判断します、

even though it's not that big.

その大きさではないにもかかわらず。

And what that illustrates

これが示すことは、

is that decisions are the key things

判断が重要なものであるということです。

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

判断が私たちの知覚の泡を支え、生かし続けています。

Without decisions you cannot see, you cannot think,

判断なしには、見ることも、考えることも、

you cannot feel.

感じることもできません。

And you may think that anesthetics work

麻酔薬の働きは、痛みを感じないように、

by sending you into some deep sleep,

深い睡眠にいざなったり

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

受容器官をブロックしたりすると考えているかもしれません。

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

しかし実はほとんどの麻酔薬はこのようには働きません。

What they do is they introduce a noise

その働きはノイズを脳に導入し、

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

ニューロンが互いを理解できないようにするのです。

They are confused,

ニューロンは混乱します。

and you cannot make a decision.

すると、判断できなくなります。

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

そのため、あなたが決めかねているうちに

what the doctor, the surgeon, is doing

外科医の先生は、体を切り裂き、

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

とっくにいなくなっています。

He's at home having tea.

家でお茶をしています。

(Laughter)

（笑）

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

さて、ドアに歩いていって開けると、

what you compulsively have to do to perceive

知覚するためには、たちどころに

is to make decisions,

判断しなければなりません。

thousands of decisions about the size of the room,

数千もの判断を、部屋の大きさや、

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

壁、高さ、室内にある物体についてすることなのです。

99 percent of what you see

見るものの９９パーセントは、

is not what comes in through the eyes.

目から入ってきたものではないのです。

It is what you infer about that room.

その部屋についてあなた方が推論したことなのです。

So I can say, with some certainty,

そこで、ある程度の確信をもって、こう言えます、

"I think, therefore I am."

「われ思う、故にわれ在り」と。

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

しかし、「あなたが思う、故にあなたが在る」とは言えません。

because "you" are within my perceptual bubble.

なぜなら、「あなた」は私の知覚の泡の中にいるからです。

Now, we can speculate and philosophize this,

ここで、思いを巡らし、哲学することもできますが、

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

これからの百年は、実際にその必要はありません。

We can ask a very concrete question.

私たちは、非常に具体的に問いかけることができます。

"Can the brain build such a perception?"

「脳はそのような知覚を構築できるのか？」

Is it capable of doing it?

そんな能力があるのでしょうか？

Does it have the substance to do it?

そのための実体があるのでしょうか？

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

これが今日みなさんにお話しすることです。

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

この宇宙が脳を構築するのに１１０億年かかりました。

It had to improve it a little bit.

少しずつ改善するしかありませんでした。

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

本能を得られるように、前頭部に加えなければなりませんでした。

because they had to cope on land.

というのは、陸上で対応するためです。

But the real big step was the neocortex.

しかし本当の大きなステップは新皮質でした。

It's a new brain. You needed it.

新しい脳です。これが必要でした。

The mammals needed it

哺乳類に必要でした。

because they had to cope with parenthood,

その理由は、親の役割をこなしたり、

social interactions,

社会的なやりとりや、

complex cognitive functions.

複雑な認知機能のためです。

So, you can think of the neocortex

そこで、新皮質は、実際のところ

actually as the ultimate solution today,

私たちの知るこの宇宙の今日の究極的な答えと

of the universe as we know it.

考えることができます。

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

この宇宙が生成した

that the universe has produced.

頂点であり、最終生成物です。

It was so successful in evolution

進化に成功したので、

that from mouse to man it expanded

マウスからヒトまで

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

ニューロンの数をおよそ千倍に増やし、

to produce this almost frightening

このほとんど驚くべき組織、構造を

organ, structure.

生成したのです。

And it has not stopped its evolutionary path.

その進化の行程はまだ止まっていません。

In fact, the neocortex in the human brain

実際、人間の脳の新皮質は、

is evolving at an enormous speed.

ものすごいスピードで進化しています。

If you zoom into the surface of the neocortex,

新皮質の表面にズームインすると、

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

小さなモジュールで構成されていることを発見します。

G5 processors, like in a computer.

コンピュータの中のG5プロセッサのようですが、

But there are about a million of them.

それが約百万もあります。

They were so successful in evolution

進化に成功したので、

that what we did was to duplicate them

それをいくつもいくつも複製して

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

どんどん脳に付け加えて行ったので、

until we ran out of space in the skull.

頭蓋の中は一杯になりました。

And the brain started to fold in on itself,

そして、脳は自ら折りたたみ始めました。

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

これが、新皮質が高度に畳み込まれている理由です。

We're just packing in columns,

柱構造に詰め込んでいき、

so that we'd have more neocortical columns

新皮質カラムの数を増やすことで、

to perform more complex functions.

より複雑に機能できるようになります。

So you can think of the neocortex actually as

そこで、新皮質のたとえとして、

a massive grand piano,

巨大なグランドピアノ、

a million-key grand piano.

鍵盤が百万もあるグランドピアノと考えてください。

Each of these neocortical columns

これら新皮質カラムの各々は、

would produce a note.

ある音を生み出すでしょう。

You stimulate it; it produces a symphony.

あなたがそれを刺激し、シンフォニーを生み出します。

But it's not just a symphony of perception.

しかし、ただの知覚のシンフォニーではありません。

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

あなたの宇宙、あなたの現実のシンフォニーです。

Now, of course it takes years to learn how

もちろん、何年もかかります

to master a grand piano with a million keys.

百万もの鍵盤のあるグランドピアノをマスターするには。

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

そのため、子供を良い学校に行かせなければなりません。

hopefully eventually to Oxford.

願わくば、最終的にはオックスフォードに。

But it's not only education.

でも、教育だけではありません。

It's also genetics.

遺伝もあります。

You may be born lucky,

幸運な星の下に生まれ、

where you know how to master your neocortical column,

つまり、新皮質カラムの扱いに熟達しており、

and you can play a fantastic symphony.

素晴らしいシンフォニーを演奏できるのかもしれません。

In fact, there is a new theory of autism

実際、自閉症についての新たな学説があります。

called the "intense world" theory,

「強烈な世界」の理論と呼ばれ、

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

新皮質カラムが特別なものであることを示唆しています。

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

これらは非常に反応性があり、超可塑性があり、

and so the autists are probably capable of

そのため、自閉症者は思いもよらないような

building and learning a symphony

シンフォニーを構築したり、習得したり

which is unthinkable for us.

できるのでしょう。

But you can also understand

しかし、理解できるでしょう、

that if you have a disease

もしこれらのカラムのどれかに

within one of these columns,

疾患があれば、

the note is going to be off.

音が外れることを。

The perception, the symphony that you create

創造されるシンフォニー、知覚は

is going to be corrupted,

乱されることになり、

and you will have symptoms of disease.

疾患の症状がでることでしょう。

So, the Holy Grail for neuroscience

そのため、神経科学の聖杯は、

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

本当に新皮質カラムのデザインを理解することなのです--

and it's not just for neuroscience;

神経科学に限ったことではありません。

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

たぶん知覚を理解すること、リアリティを理解すること、

and perhaps to even also understand physical reality.

ことによると物理的リアリティさえも理解することなのです。

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

そこで過去15年間にわたり我々は

was to dissect out the neocortex, systematically.

体系的に、新皮質をばらばらにすることでした。

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

これは、熱帯雨林に行き、その一部をカタログ化することに少し似ています。

How many trees does it have?

どれだけの樹木があるのか？

What shapes are the trees?

樹木の形は？

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

各種類の樹木がどれだけあるのか？　どこに位置しているのか？

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

単にカタログ化するだけではなく、実際には、

describe and discover all the rules of communication,

情報伝達のルールすべてを記述し、発見しなければなりません。

the rules of connectivity,

接続性のルールです。

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

ニューロンはどのニューロンとも接続したがるわけではないのです。

They choose very carefully who they connect with.

ニューロンは接続する相手を大変慎重に選んでいます。

It's also more than cataloging

また、カタログ化するだけではありません。

because you actually have to build three-dimensional

というのは、実際には、これらの三次元のデジタルモデルを

digital models of them.

構築しなければならないからです。

And we did that for tens of thousands of neurons,

我々は、これを数万ものニューロンについて行いました。

built digital models of all the different types

出くわしたニューロンのあらゆるタイプの

of neurons we came across.

デジタルモデルを構築しました。

And once you have that, you can actually

一旦それが得られると、実際に

begin to build the neocortical column.

新皮質カラムを構築し始めることができます。

And here we're coiling them up.

ここで、これらを巻き上げています。

But as you do this, what you see

しかしその際に、分かることは、

is that the branches intersect

枝が、実際には、

actually in millions of locations,

数百万もの箇所で交差し、

and at each of these intersections

これら交点の各々で、

they can form a synapse.

シナプスを形成し得るということです。

And a synapse is a chemical location

シナプスという場所では化学的に、

where they communicate with each other.

ニューロンが互いに情報伝達しています。

And these synapses together

これらのシナプスが集まって

form the network

ネットワークを形成し、

or the circuit of the brain.

すなわち、脳の回路を形成します。

Now, the circuit, you could also think of as

この回路は、脳の織物とも

the fabric of the brain.

考えることができるでしょう。

And when you think of the fabric of the brain,

脳の織物について考えるとき、

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

その構造はどのように構築され、カーペットのパターンはどんなものでしょう？

You realize that this poses

これは、脳のどんな理論に対しても

a fundamental challenge to any theory of the brain,

根本的な挑戦を突き付けることになるとお気づきでしょう。

and especially to a theory that says

特に、次のような理論に対して、

that there is some reality that emerges

すなわち、何らかのリアリティが

out of this carpet, out of this particular carpet

このカーペット、特定のパターンを有するこの特定のカーペットから、

with a particular pattern.

出現するという理論に対して。

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

その理由は、脳の最も重要なデザイン上の秘密が

is diversity.

多様性にあるからです。

Every neuron is different.

ニューロンは全部異なっています。

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

森と同じです。松の木は全部異なっています。

You may have many different types of trees,

種類の異なる木もたくさんあるかもしれもしれませんが、

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

松の木も全部異なっています。脳でも同じです。

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

私の脳には、他のニューロンと同じニューロンはありません。

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

また、私の脳には、あなたのと同じニューロンはありません。

And your neurons are not going to be oriented and positioned

あなたのニューロンは、方向や位置が

in exactly the same way.

まったく同じものはありません。

And you may have more or less neurons.

ニューロンも多かったり、少なかったりします。

So it's very unlikely

そのため、ほとんどありえないのです、

that you got the same fabric, the same circuitry.

同じ織物、同じ回路を持っている人など。

So, how could we possibly create a reality

それでは、私たちが互いに理解し合える

that we can even understand each other?

リアリティをどのようにして創造し得るのでしょうか？

Well, we don't have to speculate.

あれこれ考える必要はありません。

We can look at all 10 million synapses now.

私たちはいま千万ものシナプスすべてを調べることができます。

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

織物を調べることも、ニューロンを変えることもできます。

We can use different neurons with different variations.

異なるバリエーションのニューロンを使うことができます。

We can position them in different places,

ニューロンを異なる場所に配置したり、

orient them in different places.

異なる場所で向きを変えたりできます。

We can use less or more of them.

少なくしたり、多くしたりできます。

And when we do that

そのようにした場合、我々は、

what we discovered is that the circuitry does change.

回路が変化することを発見しました。

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

しかし、回路をどうデザインするか、というパターンは変化しません。

So, the fabric of the brain,

そのため、脳の織物は、

even though your brain may be smaller, bigger,

脳が小さかろうが、大きかろうが、

it may have different types of neurons,

種類の異なるニューロンや、

different morphologies of neurons,

形態の異なるニューロンがあっても、

we actually do share

私たちは実際には同じ

the same fabric.

織物を共有しているのです。

And we think this is species-specific,

我々はこれが種に固有であると考えています。

which means that that could explain

これは、種を超えてコミュニケートできない理由を

why we can't communicate across species.

説明できるのではないかということを意味します。

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

では、スイッチを入れましょう。しかし、そのためには、

is you have to make this come alive.

活性化しなければなりません。

We make it come alive

活性化するには、

with equations, a lot of mathematics.

数式を使います。たくさんの計算です。

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

実際のところ、ニューロンを電気ジェネレータにする数式は、

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

ケンブリッジの二人のノーベル賞受賞者によって発見されました。

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

それで、ニューロンを活性化する数学が手に入りました。

We also have the mathematics to describe

我々は、さらに数学を手に入れました。

how neurons collect information,

ニューロンがどのように情報を集め、

and how they create a little lightning bolt

ニューロンがどのように小さな稲妻を生み出して

to communicate with each other.

互いに情報伝達するかを記述する数学です。

And when they get to the synapse,

そして、シナプスに達すると、

what they do is they effectively,

事実上、行われるのは、

literally, shock the synapse.

文字通り、シナプスにショックを与えるのです。

It's like electrical shock

感電のようなものであり、

that releases the chemicals from these synapses.

これらのシナプスから化学物質が放出されます。

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

このプロセスも、数学的に記述できています。

So we can describe the communication between the neurons.

そのため、ニューロン間の情報伝達を記述することができます。

There literally are only a handful

文字通りほんの一握りの数式だけです、

of equations that you need to simulate

新皮質の活動を

the activity of the neocortex.

シミュレートするのに必要なのは。

But what you do need is a very big computer.

しかし、とても大きなコンピュータが必要になります。

And in fact you need one laptop

実際、一つのラップトップが

to do all the calculations just for one neuron.

たった一つのニューロンの計算すべてのために必要になります。

So you need 10,000 laptops.

そのため、1万台のラップトップが必要です。

So where do you go? You go to IBM,

どこに行きますか？　IBMに行きますね。

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

スーパーコンピュータのために。IBMは、知っています、

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

1万台のラップトップを冷蔵庫の大きさに押し込む方法を。

So now we have this Blue Gene supercomputer.

それで、このブルー・ジーン・スーパーコンピュータを手に入れました。

We can load up all the neurons,

すべてのニューロンをロードし、

each one on to its processor,

各々をそのプロセッサに割り当て、

and fire it up, and see what happens.

発火させて、何が起こるかを見ます。

Take the magic carpet for a ride.

魔法の絨毯に乗りましょう。

Here we activate it. And this gives the first glimpse

アクティブ化すると、はじめてご覧のように、

of what is happening in your brain

刺激があるときに、脳の中では

when there is a stimulation.

こんなことが起きています。

It's the first view.

はじめての光景です。

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

はじめてこれを見ると、思うかもしれません

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

「すごい、どうしてこの中からリアリティが出てくるの？」と。

But, in fact, you can start,

しかし、実際のところ、

even though we haven't trained this neocortical column

この新皮質カラムをトレーニングしていなくても、

to create a specific reality.

固有のリアリティを創造しはじめることができます。

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

「バラはどこにあるの？」とか、

We can ask, "Where is it inside,

「写真で刺激すると、この中のどこにあるの？」

if we stimulate it with a picture?"

と尋ねることができます。

Where is it inside the neocortex?

新皮質内部のどこだというのでしょう？

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

究極的には、そこを刺激すると、そこにあることになります。

So, the way that we can look at that

そのため、我々が調べる方法は、

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

ニューロンを無視し、シナプスを無視し、

and look just at the raw electrical activity.

ただそのままの電気的活動を調べるのです。

Because that is what it's creating.

なぜなら、それが創造されているものだからです。

It's creating electrical patterns.

電気的パターンを創造しているのです。

So when we did this,

そこで、そのようにすると、

we indeed, for the first time,

実に、はじめて、

saw these ghost-like structures:

ゴーストのような構造が見えました。

electrical objects appearing

電気的オブジェクトが、

within the neocortical column.

新皮質カラムの内部に現れたのです。

And it's these electrical objects

これらの電気的オブジェクトは、

that are holding all the information about

すべての情報を保持しています、

whatever stimulated it.

刺激したものがなんであれ。

And then when we zoomed into this,

そして、ズームインすると、

it's like a veritable universe.

紛れもなく宇宙のようです。

So the next step

そこで、次のステップは、

is just to take these brain coordinates

これらの脳の座標を取って、

and to project them into perceptual space.

知覚空間に投影することです。

And if you do that,

これを行うと、

you will be able to step inside

踏み込むことができます

the reality that is created

創造されたリアリティの内部に

by this machine,

このマシンによって

by this piece of the brain.

この１つの脳によって創造された内部に。

So, in summary,

まとめましょう。

I think that the universe may have --

思うに、この宇宙は、もしかしたら、

it's possible --

あり得ることですが－

evolved a brain to see itself,

脳を進化させて、宇宙自体を見ようとしたのではないでしょうか。

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

これは自己に気付く、最初のステップかもしれません。

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

すべきことがまだたくさんあります、

and to test any other theories.

これらの理論をテストするにも、他のどんな理論をテストするにも。

But I hope that you are at least partly convinced

しかし、多少は納得されたのではないでしょうか、

that it is not impossible to build a brain.

脳を構築することが不可能ではないことを。

We can do it within 10 years,

１０年以内にはできるでしょう。

and if we do succeed,

そして、もし成功すれば、

we will send to TED, in 10 years,

１０年以内に、ＴＥＤに

a hologram to talk to you. Thank you.

ホログラムを送ってお話しすることでしょう。

(Applause)

（拍手）