A brain in a supercomputer | Henry Markram

Translator: Štefan Kováč Reviewer: Matej Badin

Our mission is to build

Našou misiou je zostrojiť

a detailed, realistic

detailný a realistický

computer model of the human brain.

počítačový model ľudského mozgu.

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

Posledných pár rokov sme

a proof of concept

testovali niekoľko konceptov,

on a small part of the rodent brain,

na menšej vzorke hlodavcov.

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

Toto testovanie v súčasnosti rozširujeme,

to reach the human brain.

aby sme obsiahli aj ľudský mozog.

Why are we doing this?

Prečo to vlastne robíme?

There are three important reasons.

Najmenej z troch dôvodov:

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

Po prvé, porozumieť ľudskému mozgu je pre nás zásadná vec,

if we do want to get along in society,

ak máme spoločensky napredovať,

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

myslím, že je to kľúčový krok v evolúcii.

The second reason is,

Druhý dôvod je, že

we cannot keep doing animal experimentation forever,

experimenty so zvieratami nemôžeme robiť donekonečna,

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

ale potrebujeme zahrnúť všetky naše poznatky a vedomosti

into a working model.

do funkčného modelu.

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

Je to ako Noeho Archa, podobné archívu.

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

Tretím dôvod je že, na svete sú dve miliardy ľudí

that are affected by mental disorder,

postihnutí mentálnymi poruchami

and the drugs that are used today

a lieky ktoré sa v súčasnosti používajú,

are largely empirical.

sú prevažne empirické.

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

Myslím, že môžeme prísť s veľmi konkrétnymi riešeniami,

how to treat disorders.

ako liečiť postihnutia.

Now, even at this stage,

Teraz sme už dokonca v štádiu

we can use the brain model

používať model mozgu

to explore some fundamental questions

vo výskume niektorých zásadných otázok,

about how the brain works.

o tom ako mozog funguje.

And here, at TED, for the first time,

A tu, na TEDe, po prvý krát

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

by som s vami rád zdieľal a predstavil

one theory -- there are many theories --

- jednu teóriu --- je viacej teórii--

one theory of how the brain works.

jednu teóriu fungovania mozgu.

So, this theory is that the brain

Táto teória hovorí, že mozog

creates, builds, a version of the universe,

vytvára, buduje, verziu vlastného vesmíru.

and projects this version of the universe,

A túto svoju predstavu vesmíru projektuje

like a bubble, all around us.

ako bublinu, ktorá všetko obklopuje.

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

Samozrejme, že toto je už po stáročia predmetom filozofickej diskusie,

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

ale po prvý krát to môžeme skutočne ukázať

with brain simulation,

na simulácii mozgu,

and ask very systematic and rigorous questions,

a pýtať sa veľmi systematicky a presne otázky

whether this theory could possibly be true.

čí by táto teória mohla byť pravdivá.

The reason why the moon is huge on the horizon

Dôvodom prečo je mesiac na horizonte veľký,

is simply because our perceptual bubble

je jednoducho preto, lebo bublina nášho vnímania,

does not stretch out 380,000 kilometers.

sa nedokáže natiahnuť na 380 000 kilometrov.

It runs out of space.

Spotrebuje svoj priestor.

And so what we do is we compare the buildings

A tak urobíme to, že porovnávame budovy

within our perceptual bubble,

v našej bubline vnímania

and we make a decision.

a urobíme rozhodnutie.

We make a decision it's that big,

Rozhodneme, že je práve tak veľký,

even though it's not that big.

napriek tomu, že nie je taký veľký.

And what that illustrates

A toto nám ilustruje fakt, že

is that decisions are the key things

rozhodnutia sú kľúčové faktory,

that support our perceptual bubble. It keeps it alive.

ktoré podporujú našu bublinu vnímania. Udržiavajú ju pri živote.

Without decisions you cannot see, you cannot think,

Bez týchto rozhodnutí nemôžete vidieť, nemôžete myslieť

you cannot feel.

a nemôžete cítiť.

And you may think that anesthetics work

Možno si myslíte, že anestetiká takto fungujú,

by sending you into some deep sleep,

že vás uvedú do stavu hlbokého spánku,

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

alebo blokovaním vašich receptorov tak, že necítite bolesť,

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

v skutočnosti ale väčšina anestetík takto nefunguje.

What they do is they introduce a noise

Robia to, že narobia v mozgu hluk

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

tak, že neuróny si vzájomne nerozumia.

They are confused,

Sú zmätené,

and you cannot make a decision.

a vy sa nemôžete rozhodovať.

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

Takže, kým sa snažíte dať vašu myseľ do poriadku,

what the doctor, the surgeon, is doing

doktor alebo chirurg,

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

čo si rúbe cestu do vášho tela, je dávno preč.

He's at home having tea.

Je doma a popíja čajík.

(Laughter)

(Smiech)

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

Keď vchádzate do dverí a otvárate ich,

what you compulsively have to do to perceive

aby ste vnímali musíte robiť niečo neodolateľné,

is to make decisions,

robíte rozhodnutia.

thousands of decisions about the size of the room,

Tisícky rozhodnutí o veľkosti miestnosti,

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

stenách, výške, objektoch v miestnosti.

99 percent of what you see

99% z toho čo vidíte,

is not what comes in through the eyes.

nevstupuje do vašej mysle očami.

It is what you infer about that room.

Usudzujete to o tej miestnosti.

So I can say, with some certainty,

S nejakou určitosťou môžem povedať

"I think, therefore I am."

„Myslím, teda som.“

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

Avšak nemôžem povedať, " Vy myslíte, preto ste"

because "you" are within my perceptual bubble.

pretože Vy ste v mojej bubline vnímania.

Now, we can speculate and philosophize this,

Môžeme o tom špekulovať a filozofovať

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

avšak nasledujúcich sto rokov to vôbec netreba.

We can ask a very concrete question.

Môžeme sa pýtať veľmi konkrétnu otázku

"Can the brain build such a perception?"

„Môže mozog vytvárať takúto percepciu (vnímanie)?“

Is it capable of doing it?

Je toho schopný?

Does it have the substance to do it?

Má na to materiál?

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

A to sa vám pokúsim dnes opísať.

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

Vesmíru trvalo 11 miliárd rokov, kým vznikol mozog.

It had to improve it a little bit.

Bolo ho treba trochu vylepšiť.

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

Pridať čelnú časť, aby ste mali inštinkty,

because they had to cope on land.

aby sa vysporiadal s pobytom na súši.

But the real big step was the neocortex.

Najväčším skokom však bol neokortex.

It's a new brain. You needed it.

Je to nový mozog, potrebovali ste ho.

The mammals needed it

Cicavce ho potrebovali,

because they had to cope with parenthood,

pretože sa potrebovali vysporiadať s rodičovstvom,

social interactions,

spoločenskou interakciou,

complex cognitive functions.

komplexnými kognitívnymi funkciami.

So, you can think of the neocortex

Dnes môžeme vlastne neokortex

actually as the ultimate solution today,

považovať za posledné riešenie

of the universe as we know it.

vesmíru takého ako ho poznáme.

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

To je vrchol, konečný produkt

that the universe has produced.

ktorý vesmír vytvoril.

It was so successful in evolution

Bol v evolúcii natoľko úspešný,

that from mouse to man it expanded

že od myši k človeku sa zväčšil

about a thousandfold in terms of the numbers of neurons,

približne tisíc krát pokiaľ ide o množstvo neurónov,

to produce this almost frightening

aby takto vytvoril skoro strašidelný

organ, structure.

orgán, štruktúru.

And it has not stopped its evolutionary path.

A svoju evolučnú cestu ešte stále nezastavil.

In fact, the neocortex in the human brain

Ľudský neokortex a ľudský mozog sa v skutočnosti

is evolving at an enormous speed.

vyvíja ohromnou rýchlosťou.

If you zoom into the surface of the neocortex,

Ak sa priblížime k povrchu neokortexu,

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

zistíte, že je vyrobený z malých modulov,

G5 processors, like in a computer.

G5 procesorov, podobne ako počítač.

But there are about a million of them.

Týchto sú však milióny.

They were so successful in evolution

V evolúcii boli natoľko úspešné,

that what we did was to duplicate them

že sme ich duplikovali,

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

znova a znova, a pridávali viac a viac do mozgu

until we ran out of space in the skull.

kým sme spotrebovali priestor v lebke.

And the brain started to fold in on itself,

Mozog sa začal nabaľovať sám na seba,

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

čo je dôvod, prečo je neokortex tak nesmierne spletitý.

We're just packing in columns,

Zabaľujeme ich do stĺpcov,

so that we'd have more neocortical columns

aby sme mali viacej neokortexových stĺpcov

to perform more complex functions.

na vykonávanie ešte zložitejších funkcii.

So you can think of the neocortex actually as

Neokortex si môžete vlastne predstaviť

a massive grand piano,

ako obrovské piano,

a million-key grand piano.

s miliónom klávesníc.

Each of these neocortical columns

Každý z týchto neokortexových stĺpcov

would produce a note.

Bude vydávať vlastný tón.

You stimulate it; it produces a symphony.

Vy ho stimulujete; on produkuje symfóniu.

But it's not just a symphony of perception.

Avšak nejde len o symfóniu vnímania.

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

Je to symfónia vášho vesmíru, vašej reality.

Now, of course it takes years to learn how

Trvá to samozrejme roky,

to master a grand piano with a million keys.

kým sa naučíte hrať na piane, čo má milión kláves.

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

Preto musíte poslať deti do dobrých škôl,

hopefully eventually to Oxford.

dúfajme, že nakoniec na Oxford.

But it's not only education.

Ale nejde len o vzdelanie.

It's also genetics.

Je to tiež genetika.

You may be born lucky,

Mohli ste sa narodiť ako šťastlivec.

where you know how to master your neocortical column,

Alebo viete ako ovládať vaše neokortexové stĺpce

and you can play a fantastic symphony.

a komponujete perfektnú symfóniu.

In fact, there is a new theory of autism

Je tiež teraz nová teória autizmu,

called the "intense world" theory,

čo sa volá "Intense world teória"

which suggests that the neocortical columns are super-columns.

a tvrdí, že neokortexové stĺpce sú super-stĺpce.

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

Sú veľmi reaktívne a nesmierne plastické

and so the autists are probably capable of

a pravdepodobne práve preto sú autisti schopní

building and learning a symphony

vytvoriť a naučiť sa symfóniu,

which is unthinkable for us.

ktorá je pre nás nepochopiteľná.

But you can also understand

Môžete tiež pochopiť,

that if you have a disease

že ak máte chorobu,

within one of these columns,

v jednom z týchto stĺpcov

the note is going to be off.

nota bude znieť niekde mimo.

The perception, the symphony that you create

Vnímanie, symfónia, ktorú vytvárate

is going to be corrupted,

sa pokazí

and you will have symptoms of disease.

a prejavia sa symptómy choroby.

So, the Holy Grail for neuroscience

Takže, pre neurológiu svätý grál je

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

pochopiť dizajn neokortexových stĺpcov.

and it's not just for neuroscience;

A nejde len o neurológiu,

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

ide možno o to pochopiť vnímanie, pochopiť realitu

and perhaps to even also understand physical reality.

a možno tiež pochopiť fyzikálnu realitu.

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

Posledných 15 rokov sme sa snažili

was to dissect out the neocortex, systematically.

neokortex systematicky rozanalyzovať.

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

Je asi ako dokumentovať jednotlivé časti pralesa.

How many trees does it have?

Koľko má stromov?

What shapes are the trees?

Aký majú tvar?

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

Koľko rozličných druhov stromov má, a kde sú umiestnené?

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

A je to ešte viacej ako len dokumentácia, pretože v skutočnosti musíte

describe and discover all the rules of communication,

popísať a objaviť všetky formy komunikácie.

the rules of connectivity,

Pravidlá konektivity.

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

Pretože neuróny sa neradi spájajú s hociktorými inými neurónmi.

They choose very carefully who they connect with.

Veľmi starostlivo si vyberajú, s kým sa spoja.

It's also more than cataloging

Je to viac ako len dokumentáciu aj preto,

because you actually have to build three-dimensional

lebo potrebujete zostrojiť ich trojrozmerný

digital models of them.

digitálny model.

And we did that for tens of thousands of neurons,

A toto sme robili pre desiatky tisícov neurónov,

built digital models of all the different types

budovali sme model pre všetky rozličné typy neurónov,

of neurons we came across.

s ktorými sme prišli do kontaktu.

And once you have that, you can actually

A keď to už máte, môže nakoniec začať

begin to build the neocortical column.

budovať neorkotexový stĺpec.

And here we're coiling them up.

Tu ich vlastne navíjame.

But as you do this, what you see

Avšak keď to robíte, zbadáte že,

is that the branches intersect

jednotlivé vetvy sa navzájom križujú.

actually in millions of locations,

prakticky v miliónoch miestach.

and at each of these intersections

V každej z týchto križovatiek

they can form a synapse.

Môžu vytvoriť synapsiu.

And a synapse is a chemical location

Synapsia je chemická lokácia,

where they communicate with each other.

kde môžu neuróny navzájom medzi sebou komunikovať.

And these synapses together

Spoločne tieto synapsie

form the network

vytvoria sieť

or the circuit of the brain.

alebo mozgový obvod.

Now, the circuit, you could also think of as

Obvod si môžete predstaviť

the fabric of the brain.

ako mozgovú tkaninu.

And when you think of the fabric of the brain,

Keď si predstavíte túto látku,

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

štruktúru, ako je zostrojená? Aký je vzorec pre tento koberec?

You realize that this poses

Uvedomíte si, že to zásadne

a fundamental challenge to any theory of the brain,

spochybňuje všetky teórie mozgu

and especially to a theory that says

osobitne teóriu,

that there is some reality that emerges

ktorá hovorí, že je nejaká realita

out of this carpet, out of this particular carpet

mimo tohto koberca, mimo tohto osobitného koberca

with a particular pattern.

s jedinečnou štruktúrou.

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

Dôvodom je, že najväčším tajomstvom mozgovej stavby

is diversity.

je diverzita.

Every neuron is different.

Každý neurón je iný.

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

Tak isto ako v prírode. Každá borovica je iná.

You may have many different types of trees,

Môžeme mat veľa typov stromov,

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

ale každá jedna borovica je odlišná. A to isté platí pre mozog.

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

Takže v mojej hlave nie je ani jeden neurón rovnaký ako druhý,

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

a neexistuje ani jeden neurón rovnaký v mojej a vašich hlavách.

And your neurons are not going to be oriented and positioned

A vaše neuróny nie sú nasmerované a umiestnené

in exactly the same way.

presne takým istým spôsobom.

And you may have more or less neurons.

A môžete mat viac alebo menej neurónov.

So it's very unlikely

Je veľmi nepravdepodobné,

that you got the same fabric, the same circuitry.

že by ste mali rovnakú štruktúru, rovnaký obvod.

So, how could we possibly create a reality

Takže, ako sme vôbec mohli vytvoriť realitu,

that we can even understand each other?

v ktorej by sme sa dorozumeli?

Well, we don't have to speculate.

Nuž, nemusíme špekulovať.

We can look at all 10 million synapses now.

Môžeme sa pozrieť na všetkých desať miliónov synapsí.

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

Môžeme sa pozerať na štruktúru. A môžeme zmeniť neuróny.

We can use different neurons with different variations.

Môžeme meniť neuróny, používať rôzne variácie,

We can position them in different places,

môžeme ich umiestniť na rôzne miesta,

orient them in different places.

nasmerovať ich v rozličných miestach,

We can use less or more of them.

môžeme ich používať viac alebo menej.

And when we do that

Keď to robíme,

what we discovered is that the circuitry does change.

zistíme, že obvod sa mení,

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

ale vzorec akým sa obvod konštruuje sa nemení.

So, the fabric of the brain,

Štruktúru mozgu,

even though your brain may be smaller, bigger,

čí je váš mozog väčší, menší,

it may have different types of neurons,

bez ohľadu na rozličné typy neurónov,

different morphologies of neurons,

rôznorodé stavby neurónov,

we actually do share

v skutočnosti zdieľame všetci

the same fabric.

tú istú štruktúru.

And we think this is species-specific,

Myslíme si, že toto je osobitosť druhu,

which means that that could explain

čím sa dá vysvetliť,

why we can't communicate across species.

prečo nemôžeme komunikovať medzi ostatnými druhmi.

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

Takže spustime to. Skôr ako to urobíme, to čo musíte urobiť

is you have to make this come alive.

musíte to oživiť.

We make it come alive

Podarilo sa nám to oživiť

with equations, a lot of mathematics.

rovnicami, veľkým množstvom matematiky.

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

Sú to práve rovnice, ktoré integrujú neuróny do elektrických generátorov,

were discovered by two Cambridge Nobel Laureates.

objavené dvoma Cambridgeskými Nobelovými laureátmi.

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

Máme matematiku, aby sme neuróny oživili.

We also have the mathematics to describe

Matematikou tiež vieme opišať,

how neurons collect information,

ako neuróny zbierajú informácie,

and how they create a little lightning bolt

ako vytvárajú malé svetelné záblesky,

to communicate with each other.

aby medzi sebou komunikovali.

And when they get to the synapse,

Keď sa dostanú k synapsii

what they do is they effectively,

urobia to, že jej efektívne

literally, shock the synapse.

spôsobia doslova šok.

It's like electrical shock

Elektrický šok,

that releases the chemicals from these synapses.

ktorý zo synapsí uvoľňuje chemikálie.

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

A my máme matematiku, aby sme tento proces popísali.

So we can describe the communication between the neurons.

Dokážeme popísať komunikáciu medzi neurónmi.

There literally are only a handful

Prakticky je to len hŕstka rovníc,

of equations that you need to simulate

ktorými potrebujete simulovať

the activity of the neocortex.

aktivitu neokortexu.

But what you do need is a very big computer.

To čo však potrebujete je veľmi veľký počítač.

And in fact you need one laptop

V skutočnosti potrebujete jeden laptop,

to do all the calculations just for one neuron.

aby robil všetky kalkulácie len pre jeden neurón.

So you need 10,000 laptops.

Takže potrebujete desať tisíc laptopov.

So where do you go? You go to IBM,

Takže kam pôjdete? Idete do IBM,

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

a dostanete superpočítač, pretože vedia ako dať dokopy

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

10 tisíc laptopov a dať do skrine o veľkosti chladničky.

So now we have this Blue Gene supercomputer.

Teraz máme tento Blue Gene superpočítač.

We can load up all the neurons,

Môžeme nahrať všetky neuróny

each one on to its processor,

každý na svoj procesor

and fire it up, and see what happens.

a rozpáliť to a sledovať, čo sa stane.

Take the magic carpet for a ride.

Zajazdiť si na lietajúcom koberci.

Here we activate it. And this gives the first glimpse

Tu sme to aktivovali. A tu máme predbežný náhľad,

of what is happening in your brain

čo sa deje vo vašom mozgu

when there is a stimulation.

keď dostane podnet.

It's the first view.

Je to prvý náhľad.

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

Keď sa na to prvý krát pozriete, poviete si,

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

„Dobrý Bože ako sa z toho vytvorí realita?“

But, in fact, you can start,

Ale v skutočnosti môžete pokračovať,

even though we haven't trained this neocortical column

aj keď sme tento neokortexový stĺpec netrénovali,

to create a specific reality.

vytvárať špecifickú realitu.

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

Môžeme sa ale pýtať: „Kde je ruža?“

We can ask, "Where is it inside,

Môžeme sa pýtať, "Kde vnútri sa nachádza,

if we stimulate it with a picture?"

keď ho stimulujeme obrazom?

Where is it inside the neocortex?

Kde vnútri neokortexu sa nachádza?

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

Nakoniec tam niekde bude, ak tento stimul dostane.

So, the way that we can look at that

Spôsob, ako sa na to môžeme pozerať je

is to ignore the neurons, ignore the synapses,

ignorovať neuróny, ignorovať synapsie,

and look just at the raw electrical activity.

a pozrieť sa len na hrubú elektrickú aktivitu.

Because that is what it's creating.

Pretože o to vlastne ide, to vytvára.

It's creating electrical patterns.

Vytvára elektrické vzorce.

So when we did this,

Keď sme to urobili,

we indeed, for the first time,

vlastne, prvý krát,

saw these ghost-like structures:

sledovali sme túto ducho-podobnú štruktúru:

electrical objects appearing

Elektrické objekty objavujúce sa

within the neocortical column.

vnútri neokortexového stĺpca.

And it's these electrical objects

Sú to práve tieto elektrické objekty,

that are holding all the information about

ktoré obsahujú všetky informácie

whatever stimulated it.

o čomkoľvek čo simulovali.

And then when we zoomed into this,

Keď sme to celé priblížili

it's like a veritable universe.

je to niečo ako skutočný vesmír.

So the next step

Ďalším krokom bude

is just to take these brain coordinates

len vziať tieto mozgové súradnice,

and to project them into perceptual space.

a premietať ich do vnímateľného priestoru.

And if you do that,

Ak to urobíme

you will be able to step inside

budeme schopní vkročiť do vnútra

the reality that is created

reality, ktorá je vytváraná

by this machine,

týmto strojom,

by this piece of the brain.

touto časťou mozgu.

So, in summary,

Na záver,

I think that the universe may have --

myslím si, že vesmír môže ma5 --

it's possible --

je to možné --

evolved a brain to see itself,

mozog, ktorý natoľko dospel, že je schopný vidieť sám seba.

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

Môže to byť prvý krok v procese uvedomovania si samého seba.

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

Veľa toho ešte ostáva na testovanie týchto teórii a

and to test any other theories.

na testovanie ostatných teórii.

But I hope that you are at least partly convinced

Ale dúfam, že ste aspoň čiastočne presvedčení,

that it is not impossible to build a brain.

že nie je nemožné postaviť mozog.

We can do it within 10 years,

Do desiatich rokov sme toho schopní,

and if we do succeed,

a ak v tom uspejeme

we will send to TED, in 10 years,

pošleme vám sem na TED o 10 rokov

a hologram to talk to you. Thank you.

hologram, aby k vám hovoril. Ďakujem vám.

(Applause)

(Potlesk)