A brain in a supercomputer | Henry Markram

Vertaald door: Frans Kellner Nagekeken door: Els De Keyser

Our mission is to build

Het is onze missie om een

a detailed, realistic

gedetailleerd, realistisch computermodel

computer model of the human brain.

van het brein te bouwen.

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

We hebben in de afgelopen vier jaar

a proof of concept

een proof of concept gedaan

on a small part of the rodent brain,

op een klein deel van een rattenbrein,

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

en schalen het project nu op naar

to reach the human brain.

het menselijke brein.

Why are we doing this?

Waarom doen we dit?

There are three important reasons.

Er zijn drie belangrijke redenen.

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

Ten eerste is het voor ons essentieel om het menselijke brein te begrijpen

if we do want to get along in society,

als we in de samenleving willen vooruitkomen.

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

Ik denk dat het een beslissende stap is in de evolutie.

The second reason is,

De tweede reden is

we cannot keep doing animal experimentation forever,

dat we niet altijd kunnen blijven experimenteren op dieren.

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

We moeten al onze data en kennis verwerken

into a working model.

in een werkend model.

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

Het is een soort ark van Noach, een archief.

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

De derde reden is dat er twee miljard mensen op de planeet zijn

that are affected by mental disorder,

die te maken hebben met een geestelijke stoornis,

and the drugs that are used today

terwijl de medicijnen die vandaag de dag gebruikt worden

are largely empirical.

grotendeels empirisch zijn.

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

Ik denk dat we met concrete oplossingen voor de dag kunnen komen

how to treat disorders.

om stoornissen te behandelen.

Now, even at this stage,

Zelfs in dit stadium

we can use the brain model

kunnen we het breinmodel gebruiken

to explore some fundamental questions

om enkele fundamentele vragen te onderzoeken

about how the brain works.

over hoe het brein werkt.

And here, at TED, for the first time,

Ik wil hier bij TED voor de eerste keer

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

met jullie delen hoe wij één theorie benaderen --

one theory -- there are many theories --

er zijn vele theorieën –

one theory of how the brain works.

één theorie over hoe de hersenen werken.

So, this theory is that the brain

Deze theorie zegt dat het brein

creates, builds, a version of the universe,

een versie van het universum creëert

and projects this version of the universe,

en deze versie van het universum

like a bubble, all around us.

als een bel rondom ons projecteert.

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

Dit is al eeuwen het onderwerp van filosofische debatten.

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

Voor het eerst kunnen we dit aanpakken

with brain simulation,

met breinsimulatie.

and ask very systematic and rigorous questions,

We kunnen systematische en rigoureuze vragen stellen

whether this theory could possibly be true.

over de mogelijkheid van deze theorie.

The reason why the moon is huge on the horizon

De reden dat de maan enorm is aan de horizon

is simply because our perceptual bubble

is dat onze waarnemingsbel

does not stretch out 380,000 kilometers.

zich geen 380.000 km kan uitstrekken.

It runs out of space.

Ze komt ruimte te kort.

And so what we do is we compare the buildings

Wat we dus doen is dit: we vergelijken de gebouwen

within our perceptual bubble,

in onze waarnemingsbel

and we make a decision.

en we nemen een beslissing.

We make a decision it's that big,

We besluiten dat het zo groot is

even though it's not that big.

ook al is het niet zo groot.

And what that illustrates

Wat dit illustreert is

is that decisions are the key things

dat beslissingen de sleutelcomponenten zijn

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

waarop onze waarnemingsbel is gesteund. Ze houden ze in stand.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Zonder beslissingen kun je niet zien, kun je niet denken,

you cannot feel.

kun je niet voelen.

And you may think that anesthetics work

En je mag denken dat verdoving werkt

by sending you into some deep sleep,

door je diep in slaap te brengen

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

of door je receptoren te blokkeren zodat je geen pijn voelt,

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

maar in feite werkt verdoving meestal niet op die manier.

What they do is they introduce a noise

Verdoving introduceert een ruis in de hersenen

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

zodat de neuronen elkaar niet meer kunnen verstaan.

They are confused,

Ze zijn verward

and you cannot make a decision.

en je kan geen beslissing meer nemen.

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

Terwijl jij je probeert af te vragen

what the doctor, the surgeon, is doing

wat de dokter, de chirurg aan het doen is

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

terwijl hij aan het snijden is in jouw lichaam, is hij al lang weg.

He's at home having tea.

Hij zit thuis aan de thee.

(Laughter)

(Gelach)

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

Wanneer je naar een deur loopt en die opent

what you compulsively have to do to perceive

is dit wat je dwangmatig moet doen om te kunnen waarnemen:

is to make decisions,

je moet beslissingen nemen,

thousands of decisions about the size of the room,

duizenden beslissingen over de afmeting van de kamer,

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

de muur, de hoogte, de voorwerpen in de kamer.

99 percent of what you see

99 procent van wat je ziet

is not what comes in through the eyes.

is niet wat door de ogen binnenkomt.

It is what you infer about that room.

Het is wat je besluit over die kamer.

So I can say, with some certainty,

Ik kan dus met enige stelligheid zeggen:

"I think, therefore I am."

“Ik denk en daarom ben ik.”

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

Maar ik kan niet zeggen: “Jullie denken en daarom bestaan jullie,”

because "you" are within my perceptual bubble.

omdat "jullie" zich in mijn waarnemingsbel bevinden.

Now, we can speculate and philosophize this,

We kunnen hierover speculeren en filosoferen

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

maar we hoeven dit eigenlijk niet te doen voor de komende honderd jaar.

We can ask a very concrete question.

We kunnen een heel concrete vraag stellen.

"Can the brain build such a perception?"

Kan het brein zo’n gewaarwording bouwen?

Is it capable of doing it?

Is het in staat om dit te doen?

Does it have the substance to do it?

Bezit het het vermogen om dit te doen?

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

En dat is wat ik vandaag voor jullie ga beschrijven.

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

Het kostte het universum 11 miljard jaar om het brein te bouwen.

It had to improve it a little bit.

Het moest het een beetje verbeteren.

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

Het moest wat aan het frontale deel toevoegen zodat je instincten zou hebben

because they had to cope on land.

omdat de mens op het land moest kunnen overleven.

But the real big step was the neocortex.

Maar de echt grote stap was de neocortex.

It's a new brain. You needed it.

Het is een nieuw brein. Je had het nodig.

The mammals needed it

De zoogdieren hadden het nodig

because they had to cope with parenthood,

omdat zij het ouderschap moesten aankunnen,

social interactions,

en sociale interactie,

complex cognitive functions.

complexe cognitieve functies.

So, you can think of the neocortex

Dus kun je de neocortex eigenlijk zien

actually as the ultimate solution today,

als de ultieme oplossing van vandaag,

of the universe as we know it.

van het universum zoals wij dit kennen.

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

Het is het toppunt, het is het uiteindelijke product

that the universe has produced.

dat het universum heeft geproduceerd.

It was so successful in evolution

Het was zo succesvol in de evolutie

that from mouse to man it expanded

dat het van muis tot mens duizendvoudig uitdijde,

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

gerekend in termen van aantallen neuronen,

to produce this almost frightening

om te leiden tot dit haast angstaanjagende orgaan,

organ, structure.

tot deze structuur.

And it has not stopped its evolutionary path.

Het evolutionaire pad van het brein is nog niet ten einde.

In fact, the neocortex in the human brain

In feite ontwikkelt de neocortex van het menselijk brein

is evolving at an enormous speed.

zich met enorme snelheid.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Als je inzoomt op het oppervlak van de neocortex

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

ontdek je dat het is opgebouwd uit kleine modules,

G5 processors, like in a computer.

G5-processors, zoals in een computer.

But there are about a million of them.

Er zijn er ongeveer een miljoen van.

They were so successful in evolution

Ze waren zo succesvol in de evolutie

that what we did was to duplicate them

dat we ze steeds weer gingen dupliceren

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

en er meer en meer aan het brein toevoegden

until we ran out of space in the skull.

tot de ruimte in de schedel op was.

And the brain started to fold in on itself,

De hersenen begonnen zichzelf op te vouwen.

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

Dat is de reden waarom de neocortex zo sterk opgerold is.

We're just packing in columns,

Wij zijn gewoon kolommen aan het inpakken

so that we'd have more neocortical columns

zo dat we meer neocorticale kolommen hebben

to perform more complex functions.

om meer complexe functies uit te voeren.

So you can think of the neocortex actually as

Je kan je de neocortex zien als

a massive grand piano,

een massieve grote piano,

a million-key grand piano.

een grote piano met een miljoen toetsen.

Each of these neocortical columns

Elk van deze neocorticale kolommen

would produce a note.

zou een noot doen klinken.

You stimulate it; it produces a symphony.

Als je het stimuleert klinkt er een symfonie.

But it's not just a symphony of perception.

Maar het is niet enkel een symfonie van gewaarwording.

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

Het is een symfonie van jouw universum, jouw werkelijkheid.

Now, of course it takes years to learn how

Het duurt natuurlijk jaren om een concertvleugel

to master a grand piano with a million keys.

met een miljoen toetsen onder de knie te krijgen.

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

Dat is waarom jullie je kinderen naar goede scholen moeten sturen,

hopefully eventually to Oxford.

hopelijk uiteindelijk naar Oxford.

But it's not only education.

Maar het gaat niet alleen om onderwijs,

It's also genetics.

het gaat ook om genetica.

You may be born lucky,

Je kan gelukkig zijn geboren,

where you know how to master your neocortical column,

of je weet hoe je jouw neocorticale kolom kan beheersen

and you can play a fantastic symphony.

en kan je een fantastische symfonie spelen.

In fact, there is a new theory of autism

Er is zelfs een nieuwe theorie over autisme,

called the "intense world" theory,

die de “intense wereld” theorie wordt genoemd,

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

die veronderstelt dat de neocorticale kolommen superkolommen zijn.

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

Zij zijn zeer reactief, en zij zijn super elastisch,

and so the autists are probably capable of

en zo is de autist waarschijnlijk in staat

building and learning a symphony

een symfonie te bouwen en te leren

which is unthinkable for us.

die voor ons ondenkbaar is.

But you can also understand

Maar je kunt ook begrijpen

that if you have a disease

dat als je een ziekte hebt

within one of these columns,

in een van deze kolommen

the note is going to be off.

de noot dan vals is.

The perception, the symphony that you create

De gewaarwording, de symfonie die je schept

is going to be corrupted,

raakt verstoord

and you will have symptoms of disease.

en je krijgt ziektesymptomen.

So, the Holy Grail for neuroscience

De heilige graal voor de neurowetenschap

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

is om het ontwerp te begrijpen van de neocorticale kolom.

and it's not just for neuroscience;

Het is niet alleen omwille van de neurowetenschap.

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

Het is om gewaarwording te begrijpen, om de werkelijkheid te begrijpen,

and perhaps to even also understand physical reality.

en misschien zelfs ook om de fysieke werkelijkheid te begrijpen.

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

Dus wat we de afgelopen vijftien jaar deden

was to dissect out the neocortex, systematically.

was het systematisch uitpluizen van de neocortex.

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

Het is een beetje als het catalogiseren van een stukje van het regenwoud.

How many trees does it have?

Hoeveel bomen zijn er?

What shapes are the trees?

Welke vormen hebben de bomen?

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

Hoeveel van elk soort boom heb je? Waar zijn ze gelokaliseerd?

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

Maar het is iets meer dan catalogiseren omdat je eigenlijk

describe and discover all the rules of communication,

alle regels van communicatie moet beschrijven en ontdekken,

the rules of connectivity,

de regels voor verbinding,

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

omdat de neuronen zich niet met eender welk neuron willen verbinden.

They choose very carefully who they connect with.

Ze kiezen zeer zorgvuldig met wie ze zich verbinden.

It's also more than cataloging

Het is ook meer dan catalogiseren

because you actually have to build three-dimensional

omdat je driedimensionele

digital models of them.

digitale modellen van hen moet bouwen.

And we did that for tens of thousands of neurons,

En wij deden dat voor tienduizenden neuronen.

built digital models of all the different types

We bouwden digitale modellen van de verschillende types

of neurons we came across.

neuronen die we tegenkwamen.

And once you have that, you can actually

En wanneer je dat eenmaal hebt kun je

begin to build the neocortical column.

beginnen met het bouwen van de neocorticale kolom.

And here we're coiling them up.

En hier rollen we ze op.

But as you do this, what you see

Maar wanneer je dit doet zie je

is that the branches intersect

dat de vertakkingen elkaar snijden

actually in millions of locations,

op miljoenen plaatsen,

and at each of these intersections

en op elk van die snijpunten

they can form a synapse.

kunnen ze synapsen vormen.

And a synapse is a chemical location

Een synaps is een chemische plek

where they communicate with each other.

waar zij met elkaar communiceren.

And these synapses together

Deze synapsen vormen samen

form the network

het netwerk

or the circuit of the brain.

of de stroomkring van de hersenen.

Now, the circuit, you could also think of as

De stroomkring kun je ook zien als

the fabric of the brain.

het weefsel van het brein.

And when you think of the fabric of the brain,

Als je denkt aan het weefsel van het brein -

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

hoe het gebouwd is, wat het patroon van het tapijt is,

You realize that this poses

dan ontdek je dat dit een fundamentele uitdaging

a fundamental challenge to any theory of the brain,

stelt aan elke theorie van het brein

and especially to a theory that says

en speciaal aan die theorie die zegt

that there is some reality that emerges

dat er een werkelijkheid voortkomt

out of this carpet, out of this particular carpet

uit dit tapijt, uit dit specifieke tapijt

with a particular pattern.

met een specifiek patroon.

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

Dit komt omdat belangrijkste geheim van het ontwerp van het brein

is diversity.

verscheidenheid is.

Every neuron is different.

Iedere neuron is anders.

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

Het is zoals in het bos. Iedere den is anders.

You may have many different types of trees,

Je kan verschillende soorten bomen hebben

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

maar elke den is verschillend. En in het brein is het hetzelfde.

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

Er is geen neuron in mijn brein dat hetzelfde is als een ander,

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

en er is geen neuron in mijn brein hetzelfde als in dat van jullie.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

Jullie neuronen oriënteren en positioneren zich niet

in exactly the same way.

op precies dezelfde manier.

And you may have more or less neurons.

Je kunt meer of minder neuronen hebben.

So it's very unlikely

Het is zeer onwaarschijnlijk

that you got the same fabric, the same circuitry.

dat je hetzelfde materiaal hebt, dezelfde stroomkring.

So, how could we possibly create a reality

Hoe is het dan mogelijk dat we een realiteit scheppen,

that we can even understand each other?

dat we elkaar zelfs kunnen begrijpen?

Well, we don't have to speculate.

We hoeven niet te speculeren.

We can look at all 10 million synapses now.

We kunnen naar alle tien miljoen synapsen kijken.

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

We kunnen naar het weefsel kijken. We kunnen neuronen veranderen.

We can use different neurons with different variations.

We kunnen andere neuronen gebruiken met andere varianten.

We can position them in different places,

We kunnen ze op verschillende posities plaatsen,

orient them in different places.

ze naar verschillende plaatsen richten.

We can use less or more of them.

We kunnen er meer van gebruiken of minder.

And when we do that

Als we dat doen

what we discovered is that the circuitry does change.

ontdekken we dat de stroomkring wel verandert.

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

Maar het patroon waarop de stroomkring is ontworpen verandert niet.

So, the fabric of the brain,

Voor het weefsel van de hersenen geldt:

even though your brain may be smaller, bigger,

zelfs als je hersenen kleiner zijn, groter,

it may have different types of neurons,

met verschillende types neuronen,

different morphologies of neurons,

verschillend gevormde neuronen,

we actually do share

wij delen hetzelfde

the same fabric.

weefsel.

And we think this is species-specific,

Wij denken dat dit soortafhankelijk is

which means that that could explain

wat betekent dat dit kan verklaren

why we can't communicate across species.

waarom we niet tussen soorten kunnen communiceren.

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

Laten we het aanzetten. Om dat te doen,

is you have to make this come alive.

moet je het tot leven roepen.

We make it come alive

We brengen het tot leven

with equations, a lot of mathematics.

met vergelijkingen, een heleboel wiskunde.

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

De vergelijkingen die van neuronen elektrische generators maken

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

werden ontdekt door twee Nobelprijswinnaars uit Cambridge.

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

We hebben dus de vergelijkingen om de neuronen tot leven te doen komen.

We also have the mathematics to describe

We hebben ook de wiskunde om te beschrijven

how neurons collect information,

hoe neuronen informatie verzamelen,

and how they create a little lightning bolt

en hoe ze een kleine bliksemschicht opwekken

to communicate with each other.

om met elkaar te communiceren.

And when they get to the synapse,

Als ze de synaps raken

what they do is they effectively,

is het effect

literally, shock the synapse.

letterlijk een schok voor de synaps.

It's like electrical shock

Het is als een elektrische schok

that releases the chemicals from these synapses.

die de chemische stoffen van deze synapsen doet vrijkomen.

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

We hebben de wiskunde om dit proces te beschrijven.

So we can describe the communication between the neurons.

Dus we kunnen de communicatie tussen neuronen beschrijven.

There literally are only a handful

Er zijn letterlijk maar een handvol

of equations that you need to simulate

vergelijkingen nodig om de activiteit

the activity of the neocortex.

van de neocortex te simuleren.

But what you do need is a very big computer.

Maar je hebt wel een erg grote computer nodig.

And in fact you need one laptop

Je hebt één laptop nodig

to do all the calculations just for one neuron.

om alle berekeningen te doen voor één enkele neuron.

So you need 10,000 laptops.

Dus je hebt 10.000 laptops nodig.

So where do you go? You go to IBM,

Dus waar ga je heen? Je gaat naar IBM,

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

en je krijgt een supercomputer, omdat zij in staat zijn om

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

10.000 laptops in een ruimte zo groot als een koelkast te plaatsen.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Nu hebben we dus deze Blue Gene Supercomputer.

We can load up all the neurons,

We kunnen alle neuronen opladen,

each one on to its processor,

elk op zijn eigen processor,

and fire it up, and see what happens.

ze aanzetten, en bekijken wat er gebeurt.

Take the magic carpet for a ride.

Welkom voor een ritje op het tovertapijt.

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Hier activeren we het. Dit geeft de eerste glimp

of what is happening in your brain

van wat er in je brein gebeurt

when there is a stimulation.

als het wordt gestimuleerd.

It's the first view.

Het is het eerste gezicht.

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

Als je hier voor het eerst naar kijkt, denk je,

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

“Mijn God. Hoe komt de werkelijkheid daaruit?”

But, in fact, you can start,

In werkelijkheid kan je,

even though we haven't trained this neocortical column

ook al hebben we deze neocorticale kolom niet getraind,

to create a specific reality.

een speciale realiteit beginnen te scheppen.

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

We kunnen vragen: “Waar is de roos?”

We can ask, "Where is it inside,

We kunnen vragen: “Waar zit het van binnen,

if we stimulate it with a picture?"

als we het stimuleren met een plaatje?”

Where is it inside the neocortex?

Waar zit het in de neocortex?

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

Uiteindelijk moet het daar zitten als we het ermee stimuleren.

So, the way that we can look at that

De manier waarop we dat kunnen bekijken

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

is door de neuronen te negeren, de synapsen te negeren

and look just at the raw electrical activity.

en gewoon op de ruwe, elektrische activiteit te letten.

Because that is what it's creating.

Omdat het dat is wat het tot stand brengt.

It's creating electrical patterns.

Het schept elektrische patronen.

So when we did this,

Toen we dat deden

we indeed, for the first time,

zagen we voor het eerst

saw these ghost-like structures:

deze spookachtige structuren:

electrical objects appearing

elektrische voorwerpen die verschijnen

within the neocortical column.

binnen de neocorticale kolom.

And it's these electrical objects

Het zijn deze elektrische objecten

that are holding all the information about

die alle informatie bevatten over

whatever stimulated it.

wat het ook stimuleerde.

And then when we zoomed into this,

Toen we hierop inzoomden

it's like a veritable universe.

was het als een echt universum.

So the next step

Dus de volgende stap

is just to take these brain coordinates

is om deze breincoördinaten

and to project them into perceptual space.

in waarneembare ruimte te projecteren.

And if you do that,

Als je dat doet,

you will be able to step inside

ben je in staat binnen een werkelijkheid

the reality that is created

te stappen die geschapen is

by this machine,

door deze machine,

by this piece of the brain.

door dit stukje van het brein.

So, in summary,

Samengevat

I think that the universe may have --

denk ik dat het universum zichzelf misschien –

it's possible --

het is mogelijk –

evolved a brain to see itself,

heeft ontwikkeld tot een brein om zichzelf te zien,

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

wat een eerste stap kan zijn naar zelfbewustzijn.

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

Er moet nog veel meer gebeuren om deze theorieën te testen,

and to test any other theories.

en om elke andere theorie te testen.

But I hope that you are at least partly convinced

Maar ik hoop dat jullie in ieder geval gedeeltelijk zijn overtuigd

that it is not impossible to build a brain.

dat het niet onmogelijk is om een brein te bouwen.

We can do it within 10 years,

We kunnen het doen binnen 10 jaar,

and if we do succeed,

en als we slagen

we will send to TED, in 10 years,

zullen we TED over 10 jaar

a hologram to talk to you. Thank you.

een hologram sturen om tot jullie te spreken. Dank jullie.

(Applause)

(Applaus)