A brain in a supercomputer | Henry Markram

Henry Markram constrói um cérebro num supercomputador

Tradutor: Durval Castro Revisor: Denise Bem David

Our mission is to build

Nossa missão é construir

a detailed, realistic

um modelo computacional detalhado e realista

computer model of the human brain.

do cérebro humano.

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

E, nos últimos quatro anos, nós fizemos

a proof of concept

uma prova de conceito,

on a small part of the rodent brain,

numa pequena parte de um cérebro de roedor,

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

e com esta prova de conceito, estamos agora aumentando a escala do projeto

to reach the human brain.

para chegar ao cérebro humano.

Why are we doing this?

Porque estamos fazendo isto?

There are three important reasons.

Há três razões importantes.

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

Primeiro, é essencial para nós entendermos o cérebro humano

if we do want to get along in society,

se queremos progredir na sociedade,

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

e penso que isso é um passo fundamental na evolução.

The second reason is,

A segunda razão é

we cannot keep doing animal experimentation forever,

que não podemos continuar fazendo experimentos com animais para sempre,

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

e temos que incorporar todos os nossos dados e conhecimentos

into a working model.

num modelo que funcione.

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

É como a Arca de Noé. É como um arquivo.

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

E a terceira razão é que existem dois bilhôes de pessoas no planeta

that are affected by mental disorder,

afetadas por doenças mentais,

and the drugs that are used today

e as drogas usadas hoje

are largely empirical.

são geralmente empíricas.

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

Acredito que poderemos obter soluções muito concretas sobre

how to treat disorders.

como tratar eestas doenças.

Now, even at this stage,

Pois bem, mesmo neste estágio,

we can use the brain model

podemos usar o modelo do cérebro

to explore some fundamental questions

para explorar algumas questões fundamentais

about how the brain works.

sobre como o cérebro funciona.

And here, at TED, for the first time,

E aqui, no TED, pela primeira vez,

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

Gostaria de compartilhar com vocês o modo como estamos abordando

one theory -- there are many theories --

uma teoria -- existem várias teorias --

one theory of how the brain works.

uma teoria de como o cérebro funciona.

So, this theory is that the brain

Asim, esta teoria é que o cérebro

creates, builds, a version of the universe,

cria, constrói uma versão do universo.

and projects this version of the universe,

E projeta essa versão do universo,

like a bubble, all around us.

como uma bolha, ao redor de nós.

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

Bem, é claro que este tem sido um tópico de debates filosóficos por séculos.

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

Mas, pela primeira vez, nós podemos realmente tratar isto,

with brain simulation,

através da simulação do cérebro,

and ask very systematic and rigorous questions,

e perguntar questões muito sistemáticas e rigorosas,

whether this theory could possibly be true.

se esta teoria pode mesmo ser verdadeira.

The reason why the moon is huge on the horizon

A razão pela qual a lua é enorme no horizonte

is simply because our perceptual bubble

é simplesmente porque nossa bolha de percepção

does not stretch out 380,000 kilometers.

não se estende até 380.000 quilômetros.

It runs out of space.

Ela fica sem espaço.

And so what we do is we compare the buildings

E então o que fazemos é comparar os prédios

within our perceptual bubble,

dentro da nossa bolha de percepção,

and we make a decision.

e daí tomamos uma decisão.

We make a decision it's that big,

Tomamos a decisão de que ela é grande assim,

even though it's not that big.

apesar dela não ser grande assim,

And what that illustrates

e o que isso ilustra

is that decisions are the key things

é que decisões são os elementos fundamentais

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

que sustentam nossa bolha de percepção. Elas a mantém viva.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Sem decisões você não pode ver, não pode pensar,

you cannot feel.

não pode sentir.

And you may think that anesthetics work

E você pode pensar que os anestésicos funcionam

by sending you into some deep sleep,

colocando você numa espécie de sono profundo,

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

o bloqueando seus receptores para você não sentir dor,

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

mas na verdade a maioria dos anestésicos não funciona assim.

What they do is they introduce a noise

O que eles fazem é introduzir um ruído

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

no cérebro de modo que os neurônios não se entendam entre eles.

They are confused,

Eles ficam confusos,

and you cannot make a decision.

e você não consegue tomar uma decisão.

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

Então, enquanto você está tentando decidir,

what the doctor, the surgeon, is doing

o que o médico, o cirurgião está fazendo

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

enquanto eles está cortando seu corpo, ele já foi embora.

He's at home having tea.

Ele está em casa tomando chá.

(Laughter)

(Risos)

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

Assim, quando você anda até a porta e a abre,

what you compulsively have to do to perceive

o que você compulsoriamente precisa fazer para perceber

is to make decisions,

é tomar decisões,

thousands of decisions about the size of the room,

milhares de decisões sobre o tamanho da sala,

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

a parede, a altura, os objetos na sala.

99 percent of what you see

99 por cento do que você vê

is not what comes in through the eyes.

não é o que vem através dos olhos.

It is what you infer about that room.

é o que você infere a propósito daquela sala.

So I can say, with some certainty,

Portanto eu posso dizer, com alguma certeza,

"I think, therefore I am."

"Penso, logo existo."

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

Mas não posso dizer, "Você pensa, logo você existe,"

because "you" are within my perceptual bubble.

porque você está dentro da minha bolha de percepção.

Now, we can speculate and philosophize this,

Pois bem, nós podemos especular e filosofar sobre isto,

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

mas realmente não precisamos fazer isso pelos próximos cem anos.

We can ask a very concrete question.

Podemos fazer uma pergunta bem concreta.

"Can the brain build such a perception?"

"O cérebro é capaz de construir uma percepção como essa?"

Is it capable of doing it?

Ele é capaz de fazer isso?

Does it have the substance to do it?

Ele tem a substância para fazer isso?

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

E isso é o que vou descrever para vocês hoje.

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

Então, o universo precisou de 11 bilhões de anos para construir o cérebro.

It had to improve it a little bit.

Precisou melhorá-lo um bocado.

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

Precisou aumentar a parte frontal, para que você tivesse instintos,

because they had to cope on land.

porque precisava se adaptar à vida na terra.

But the real big step was the neocortex.

Mas o verdadeiro grande passo foi o neocortex,

It's a new brain. You needed it.

É um novo cérebro. Você precisava dele.

The mammals needed it

Os mamíferos precisavam dele

because they had to cope with parenthood,

porque eles tinham que lidar com coisas como o cuidado da prole,

social interactions,

interações sociais,

complex cognitive functions.

funções cognitivas complexas.

So, you can think of the neocortex

Então, vocês podem pensar no neocortex

actually as the ultimate solution today,

realmente como a melhor solução hoje,

of the universe as we know it.

do universo como nós o conhecemos.

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

É o ápice, é o produto final

that the universe has produced.

que o universo produziu.

It was so successful in evolution

Ele foi tão bem sucedido na evolução

that from mouse to man it expanded

que do camundongo ao homem ele se expandiu

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

cerca de mil vezes, em termos de número de neurônios,

to produce this almost frightening

para produzir este quase assustador

organ, structure.

órgão, estrutura.

And it has not stopped its evolutionary path.

E ele não se deteve em seu caminho evolutivo.

In fact, the neocortex in the human brain

De fato, o neocortex do cérebro humano

is evolving at an enormous speed.

está evoluindo numa velocidade enorme.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Se você der um "zoom" na superfície do neocortex,

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

você vai descobrir que ela é feita de pequenos módulos,

G5 processors, like in a computer.

processadores G5, como num computador.

But there are about a million of them.

Só que existe cerca de um milhão deles.

They were so successful in evolution

Eles foram tão bem sucedidos na evolução

that what we did was to duplicate them

que o que nós fizemos foi duplicá-los

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

muitas e muitas vezes, e adicioná-los mais e mais ao cérebro

until we ran out of space in the skull.

até que ficamos sem espaço no crânio.

And the brain started to fold in on itself,

Então o cérebro começou a se dobrar sobre si mesmo,

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

e é por isso que o neocortex tem tantas convoluções.

We're just packing in columns,

Nós estamos simplesmente adicionando colunas,

so that we'd have more neocortical columns

de modo que tenhamos mais colunas neocorticais

to perform more complex functions.

para executar funções mais complexas.

So you can think of the neocortex actually as

Assim, vocês podem pensar no neocortex atualmente como

a massive grand piano,

um enorme piano de cauda,

a million-key grand piano.

um piano de cauda com um milhão de teclas.

Each of these neocortical columns

Cada uma dessas colunas neocorticais

would produce a note.

produziria uma nota.

You stimulate it; it produces a symphony.

Quando você a estimula; ela produz uma sinfonia.

But it's not just a symphony of perception.

Mas não é apenas uma sinfonia da percepção.

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

É uma sinfonia do seu universo, da sua realidade.

Now, of course it takes years to learn how

Pois bem, é claro que levam anos para aprender como

to master a grand piano with a million keys.

tornar-se um mestre num piano com um milhão de notas.

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

É por isso que vocês precisam mandar suas crianças a boas escolas,

hopefully eventually to Oxford.

esperamos, quem sabe, a Oxford.

But it's not only education.

Mas isso não é só educação.

It's also genetics.

É também genética.

You may be born lucky,

Você pode ter nascido com sorte,

where you know how to master your neocortical column,

ou você sabe como dominar sua coluna neocortical,

and you can play a fantastic symphony.

e você pode tocar uma sinfonia fantástica.

In fact, there is a new theory of autism

De fato, existe uma nova teoria do autismo

called the "intense world" theory,

denominada teoria do "mundo intenso",

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

a qual sugere que as colunas neocorticais são super-colunas.

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

Elas são extremamente reativas, e elas são super plásticas,

and so the autists are probably capable of

e por isso os autistas provavelmente são capazes de

building and learning a symphony

construir e aprender uma sinfonia

which is unthinkable for us.

que é inconcebível para nós.

But you can also understand

Mas você também é capaz de entender

that if you have a disease

que se você tem uma doença

within one of these columns,

em uma dessas colunas,

the note is going to be off.

essa nota vai estar desligada.

The perception, the symphony that you create

A percepção, a sinfonia que você cria

is going to be corrupted,

estará corrompida,

and you will have symptoms of disease.

e você terá sintomas de doença.

So, the Holy Grail for neuroscience

Assim, o santo graal da neurociência

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

é, na verdade, entender o projeto da coluna neocortical --

and it's not just for neuroscience;

e isso não é apenas para a neurociência;

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

é para talvez entender a percepção, entender a realidade,

and perhaps to even also understand physical reality.

e quem sabe até entender também a realidade física.

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

Assim, o que nós fizemos, durante os últimos 15 anos,

was to dissect out the neocortex, systematically.

foi dissecar o neocortex, sistematicamente.

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

É meio parecido com estudar e catalogar um pedaço da floresta tropical.

How many trees does it have?

Quantas árvores ela tem?

What shapes are the trees?

De que forma são as árvores?

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

Quantas árvores de cada tipo você tem? Onde elas estão localizadas?

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

Mas é um pouco mais do que catalogar porque você precisa realmente

describe and discover all the rules of communication,

descrever e descobrir todas as regras de comunicação,

the rules of connectivity,

as regras de conectividade,

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

porque os neurônios não gostam de conectar-se simplesmente com qualquer outro neurônio.

They choose very carefully who they connect with.

Eles escolhem muito cuidadosamente com quem se conectam.

It's also more than cataloging

Também é mais do que catalogar

because you actually have to build three-dimensional

porque você precisa construir

digital models of them.

modelos digitais tri-dimensionais deles.

And we did that for tens of thousands of neurons,

E nós fizemos isso para dezenas de milhares de neurônios,

built digital models of all the different types

construímos modelos digitais dos diferentes tipos

of neurons we came across.

de neurônios que nós encontramos.

And once you have that, you can actually

E uma vez que você tenha isso, você realmente pode

begin to build the neocortical column.

começar a construir a coluna neocortical.

And here we're coiling them up.

E aí nós as vamos enrolando e empilhando.

But as you do this, what you see

Mas quando você faz isso, o que você vê

is that the branches intersect

é que os ramos se interceptam

actually in millions of locations,

realmente em milhões de lugares

and at each of these intersections

e em cada uma dessas intersecções

they can form a synapse.

eles podem formar uma sinapse.

And a synapse is a chemical location

E uma sinapse é um local de interações químicas

where they communicate with each other.

onde eles se comunicam entre si.

And these synapses together

E essas sinapses juntas

form the network

formam a rede

or the circuit of the brain.

ou circuito do cérebro.

Now, the circuit, you could also think of as

Pois bem, esse circuito, você também pode pensar nele como

the fabric of the brain.

o tecido do cérebro.

And when you think of the fabric of the brain,

E quando você pensa no tecido do cérebro,

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

a estrutura, como ela é feita? Qual é o padrão da tapeçaria?

You realize that this poses

Vocês percebem que isto representa

a fundamental challenge to any theory of the brain,

um desafio fundamental para qualquer teoria do cérebro,

and especially to a theory that says

e especialmente para uma teoria que afirma

that there is some reality that emerges

que existe alguma realidade que emerge

out of this carpet, out of this particular carpet

a partir desta tapeçaria, a partir desta particular tapeçaria

with a particular pattern.

com um padrão específico.

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

O motivo é porque o mais importante segredo de projeto do cérebro

is diversity.

é diversidade.

Every neuron is different.

Cada neuronio é diferente.

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

É o mesmo que na floresta. Cada pinheiro é diferente.

You may have many different types of trees,

Você pode ter muitos tipos diferentes de árvores,

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

mas cada pinheiro é diferente. E no cérebro é a mesma coisa.

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

De modo que não existe nenhum neurônio no meu cérebro que seja o mesmo que outro,

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

e não há nenhum neurônio no meu cérebro que seja o mesmo que o seu.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

E os seus neurônios não vão estar orientados e posicionados

in exactly the same way.

exatamente da mesma maneira.

And you may have more or less neurons.

E você pode ter mais ou menos neurônios.

So it's very unlikely

Assim, é muito improvável

that you got the same fabric, the same circuitry.

que você tenha o mesmo tecido, os mesmos circuitos.

So, how could we possibly create a reality

Assim, como é possível que nós criemos uma realidade

that we can even understand each other?

de modo que possamos ao menos entendermos um ao outro?

Well, we don't have to speculate.

Bem, não precisamos especular.

We can look at all 10 million synapses now.

Nós podemos agora observar todos os 10 milhões de sinapses.

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

Nós podemos observar o tecido. E nós podemos mudar os neurônios.

We can use different neurons with different variations.

Podemos usar diferentes neurônios com diferentes variações.

We can position them in different places,

Podemos colocá-los em lugares diferentes,

orient them in different places.

orientá-los em posições diferentes.

We can use less or more of them.

Podemos usar um número maior ou menor deles.

And when we do that

E quando fazemos isso

what we discovered is that the circuitry does change.

o que descobrimos é que o circuito efetivamente muda.

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

Mas o padrão de como o circuito é projetado não muda.

So, the fabric of the brain,

Assim, o tecido do cérebro,

even though your brain may be smaller, bigger,

mesmo que seu cérebro seja menor, maior,

it may have different types of neurons,

tenha diferentes tipos de neurônios,

different morphologies of neurons,

diferentes morfologias de neurônios,

we actually do share

nós realmente compartilhamos

the same fabric.

o mesmo tecido.

And we think this is species-specific,

E nós pensamos que isto é específico para cada espécie animal,

which means that that could explain

o que pode explicar

why we can't communicate across species.

porque não conseguimos nos comunicar entre espécies.

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

Então, vamos colocá-lo a funcionar. Mas para conseguir isso, o que você precisa

is you have to make this come alive.

é fazer que ele se torne vivo.

We make it come alive

Nós fazemos que ele se torne vivo

with equations, a lot of mathematics.

com equações, uma porção de matemática.

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

E, de fato, as equações que mostram os neurônios como geradores elétricos

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

foram descobertas por dois cientistas de Cambridge, contemplados com o Prêmio Nobel.

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

Assim, nós temos a matemática para fazer os neurônios ganharem vida.

We also have the mathematics to describe

Também temos a matemática para descrever

how neurons collect information,

como os neurônios coletam informação,

and how they create a little lightning bolt

e como eles criam uma pequena faísca elétrica

to communicate with each other.

para se comunicarem um com o outro.

And when they get to the synapse,

E quando eles chegam à sinapse,

what they do is they effectively,

o que eles fazem é, efetivamente,

literally, shock the synapse.

literalmente, dar um choque na sinapse.

It's like electrical shock

É como um choque elétrico

that releases the chemicals from these synapses.

que libera as substâncias quìmicas dessas sinapses.

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

E nós temos a matemática para descrever este processo.

So we can describe the communication between the neurons.

Assim nós somos capazes de descrever a comunicação entre os neurônios.

There literally are only a handful

Existe literalmente apenas um punhado

of equations that you need to simulate

de equações que você precisa para simular

the activity of the neocortex.

a atividade do neocortex.

But what you do need is a very big computer.

Mas o que você precisa mesmo é um computador muito grande.

And in fact you need one laptop

De fato você precisa um laptop

to do all the calculations just for one neuron.

para fazer todos os cálculos para um único neurônio.

So you need 10,000 laptops.

Portanto você precisa 10.000 laptops.

So where do you go? You go to IBM,

Assim, para onde você vai? Você vai para a IBM,

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

e consegue um supercomputador, porque eles precisaram pegar

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

10.000 laptops e colocá-los no tamanho de uma geladeira.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Assim nós ficamos com este supercomputador Blue Gene.

We can load up all the neurons,

Nós carregamos nele todos os neurônios,

each one on to its processor,

cada um em seu processador,

and fire it up, and see what happens.

e o ativamos, para ver o que acontece.

Take the magic carpet for a ride.

Tome o tapete mágico para um passeio.

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Aqui nós o ativamos. E isto nos dá um primeiro vislumbre

of what is happening in your brain

do que está acontecendo no seu cérebro

when there is a stimulation.

quando há uma estimulação.

It's the first view.

É a primeira visão.

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

Pois bem, quando você olha para isso pela primeira vez, você pensa,

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

"Meu deus. Como é que a realidade está saindo disso aí?"

But, in fact, you can start,

Mas, na verdade, você pode começar,

even though we haven't trained this neocortical column

mesmo que ainda não tenhamos treinado esta coluna neocortical

to create a specific reality.

a criar uma realidade específica.

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

Mas nós podemos perguntar, "Onde está a rosa?"

We can ask, "Where is it inside,

Podemos perguntar, "Onde ela está aí dentro,

if we stimulate it with a picture?"

se nós a estimulamos com uma imagem?"

Where is it inside the neocortex?

Onde está ela no interior do neocortex?

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

Afinal ela tem que estar nele se nós o estimulamos com isso.

So, the way that we can look at that

Daí, o modo como podemos ver isso

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

é ignorar os neurônios, ignorar as sinapses,

and look just at the raw electrical activity.

e observar apenas a crua atividade elétrica.

Because that is what it's creating.

Porque isso é o que ela está criando.

It's creating electrical patterns.

Ela está criando padrões elétricos.

So when we did this,

Então, quando fizemos isso,

we indeed, for the first time,

finalmente, pela primeira vez,

saw these ghost-like structures:

vimos estas estruturas fantasmagóricas:

electrical objects appearing

objetos elétricos aparecendo

within the neocortical column.

dentro da coluna neocortical.

And it's these electrical objects

E são estes objetos elétricos

that are holding all the information about

que estão guardando toda a informação sobre

whatever stimulated it.

o que o estimulou.

And then when we zoomed into this,

E quando damos um zoom nisto,

it's like a veritable universe.

é como um verdadeiro universo.

So the next step

Assim, o próximo passo

is just to take these brain coordinates

é simplesmente tomar essas coordenadas do cérebro

and to project them into perceptual space.

e projetá-las no espaço de percepção.

And if you do that,

E se você fizer isso,

you will be able to step inside

será capaz de penetrar no interior

the reality that is created

da realidade que é criada

by this machine,

por esta máquina,

by this piece of the brain.

por este pedaço de cérebro.

So, in summary,

Assim, resumindo,

I think that the universe may have --

Eu penso que o universo pode ter --

it's possible --

é possível --

evolved a brain to see itself,

evoluído um cérebro para ver a si mesmo,

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

o que pode ser o primeiro passo para tornar-se consciente de si mesmo.

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

Muito ainda resta a ser feito para verificar estas histórias,

and to test any other theories.

e testar quaisquer outras teorias.

But I hope that you are at least partly convinced

Mas espero que vocês estejam pelo menos parcialmente convencidos

that it is not impossible to build a brain.

de que não é impossível construir um cérebro.

We can do it within 10 years,

Nós somos capazes de fazê-lo num prazo de 10 anos,

and if we do succeed,

e se formos bem sucedidos,

we will send to TED, in 10 years,

enviaremos ao TED, daqui a 10 anos,

a hologram to talk to you. Thank you.

um holograma para falar com vocês. Muito obrigado.

(Applause)

(Aplausos)