Европейцы создадут компьютерную модель мозга

Евросоюз готовит научный прорыв. Более 1,2 миллиарда евро будут потрачены в ближайшие десять лет на создание компьютерной модели, которая должна объединить все научные знания о головном мозге человека. Этот масштаб финансирования ставит новый проект "Мозг человека" (Human Brain Project) в один ряд с такими программами, как полет на Луну или знаменитый проект "Геном человека" (Human Genome Project). Схожесть названий явно не случайна. Американские ученые десять лет назад представили миру последовательность нуклеотидов, составляющих ДНК человека, а европейские специалисты надеются через 10 лет создать максимально полную компьютерную модель мозга.

Как и CERN (Европейский центр ядерных исследований, еще один сверхдорогой европейский проект), проект "Мозг человека" будет управляться из Швейцарии. Здесь, в Лозанне, планируется создать огромный научный центр под названием Neuropolis. Впрочем, это только верхушка айсберга. Над моделированием головного мозга человека будут трудиться около 80 групп ученых по всей Европе, а также в Израиле и США.

Так как главная цель - компьютерное моделирование работы мозга, проекту суждено объединить багаж знаний, накопленных в нейробиологии, с последними достижениями компьютерной техники. Ученые рассчитывают создать 3D-модель с переменным масштабом, которая отражала бы как отдельные нервные клетки, так и целые регионы мозга. Это потребует свести воедино огромный массив знаний об устройстве мозга. Предстоит воспроизвести пути нервных сигналов от нейрона к нейрону и от одной области мозга к другой. Для этого ученые намерены использовать знания о механизме передачи тех или иных сигналов, а вот их функции они надеются понять уже в процессе создания модели.

Мыслящий суперкомпьютер

"Я представляю себе дело так, что через десять лет нам, возможно, удастся понять, почему определенные участки мозга устроены именно так, а не иначе, - формулирует цель проекта нейробиолог Катрин Амунтс (Katrin Amunts), сотрудница немецкого Научно-исследовательского центра в Юлихе и профессор Дюссельдорфского университета. - Почему область, управляющая моторикой, имеет такую структуру, а не другую? И чем она отличается от области, отвечающей за зрение? Какие за этим стоят механизмы? Какой биологической код вызывает когнитивную или эмоциональную реакцию?"

Моделирование мозга - не цель, а средство, которое позволит лучше понять, как он функционирует, подчеркивает профессор Амунтс. Добытые знания наверняка окажутся востребованными и в медицине - например, в терапии паркинсонизма, болезни Альцгеймера, эпилепсии и так далее.

Научно-исследовательский центр в Юлихе - самый крупный из всех, причастных к этому проекту. Здесь будут трудиться восемь рабочих групп - больше, чем в Лондоне, Париже, Берлине или Лозанне. Здесь же модели мозга суждено поселиться физически. В огромном машинном зале, в 28 шкафах, каждый размером с телефонную будку, расположен Юквин (Juqueen) - самый мощный на сегодня суперкомпьютер Европы. Он вступил в строй в феврале нынешнего года, его вычислительная мощность примерно соответствует суммарной вычислительной мощности ста тысяч обычных домашних компьютеров. Пока Юквин занят расчетами в области физики плазмы, молекулярной биологии и климатологии, но через десять лет именно в нем, вернее, в его еще более мощных потомках, должна поселиться модель мозга, способная обрабатывать информацию, реагировать на внешние факторы, а возможно, думать и даже чувствовать…

Пришло ли время для моделирования мозга?

Несмотря на энтузиазм Еврокомиссии и участников проекта, многие европейские ученые относятся к проекту "Мозг человека" с изрядной долей скепсиса. Профессор неврологии Кристиан Эльгер (Christian Elger), руководитель эпилептологической клиники в Бонне, рад росту финансирования данного направления исследований, однако считает, что время для моделирования мозга еще не пришло. "По-моему, этот проект затевается на одно или даже на два десятилетия раньше времени, - полагает ученый. - А может быть, это и в принципе невозможно. Потому что мозгу человека, в отличие от компьютера, присущи невероятная сложность и изменчивость".

Другие опасения связаны с технологической стороной проекта. Ведь компьютерное моделирование предполагает наличие специального программного обеспечения, а на результаты работы информатиков в области создания искусственного разума нейробиологи давно смотрят с недоверием. Слишком много исследовательских проектов, пытавшихся воспроизвести мозговую деятельность компьютерными средствами, закончились неудачами в 80-х и 90-х годах прошлого века, подчеркивает профессор Штефан Роттер (Stefan Rotter), руководитель Центра нейроинформатики имени Бернштейна при биологическом факультете Фрайбургском университете.

Ученый также полагает, что моделирование мыслительной деятельности - дело далекого будущего, но все же ожидает от проекта интересных результатов, касающихся функций тех или иных подсистем мозга. Впрочем, по его мнению, ставку надо делать не на моделирование, а на экспериментальную работу. "Важно понять настоящий мозг, а не технически сложную модель, - поясняет профессор Роттер, - иначе потом получишь две проблемы: мозг, который ты все еще не понял, и модель, которую ты тоже не понимаешь".

Знания о мозге и цифровые технологии будущего

Но руководители проекта "Мозг человека" - и, прежде всего, его главный инициатор Генри Маркрам (Henry Markram), - подчеркивают, что первые шаги нужно делать уже сейчас. При этом они дистанцируются от классических подходов информатики. Если искусственный разум должен был подражать работе мозга с помощью сравнительно примитивных программ, то в новом проекте выбран совсем другой подход. Вся нервная система, каждый нейрон и каждый сигнал должны найти отражение в модели. Всю биохимию, например, синтез нейромедиаторов, в этой модели предполагается опустить. Зато ключевую роль будут играть электрические сигналы, которыми обмениваются нейроны. Тут возможны только два состояния - "да" или "нет", что соответствует используемому в информатике двоичному коду - "1" или "0". Это существенно упрощает задачу: такие сигналы легко можно перенести в недра компьютерной системы, создав их точную копию.

Этот проект призван обеспечить Европе одно из ведущих мест как в сфере исследований мозга, так и в информационных технологиях. Возможно, скепсис многих нейробиологов связан как раз с тем, что компьютеру в этом проекте уделяется не меньше внимания, чем мозгу. США, к примеру, пошли по другому пути, выделив недавно более трех миллиардов долларов на развитие молекулярной и клеточной нейробиологии. Европейцы же хотят не конкурировать с американцами, а дополнять их. Знания о мозге помогут создать компьютерную технику завтрашнего дня.

"Мы должны быть амбициозными", - объясняет свой подход Карл-Кристиан Бур (Carl-Christian Buhr), эксперт Еврокомиссии по развитию цифровых технологий. Он уверен, что даже если создать работающую модель человеческого мозга за десять лет не удастся, добытые в процессе исследований знания сторицей окупят затраты. Судя по всему, на создание настоящей мыслящей машины понадобится куда больше времени, чем десять лет. Но учиться у природы, создавшей столь совершенную творение, как человеческий мозг, европейцы начинают уже сегодня.