Cum va funcționa creierul uman artificial și cât valorează

Proiectul Creierul Uman ,”Human Brain Project – HBP”, care va începe la sfârșitul anului, fiind programat pentru finalizare în 2023, nu își propune nimic mai puțin decât să simuleze artificial, cu ajutorul algoritmilor și a calculatoarelor, funcționalitatea unui creier uman, probabil cea mai complexă structură din universul cunoscut, scrie Les Echos. 

Oamenii de știință vor să conducă cercetarea pe două planuri, simetrice și complementare, fiecare condus de către unul din cei doi co-directori ai proiectului, neurobiologul israelian Henry Markram, din partea Politehnicii din Lausanne, și fizicianul german Karlheinz Meiner, de la Universitatea din Heidelberg. 

Henry Markram s-a făcut cunoscut în 2005, când a lansat în parteneriat cu IBM proiectul „Blue Brain Project”, precursorul HBP, fiind prima tentativă de a simula circuitele neuronale, limitat însă la coloana corticală (o parte mică din creier în care neuronii au proprietăți și funcții similare) a unui șobolan nou-născut. 

Cu ajutorul unui super-calculator, capabil să efectueze mai mult de 23.000 de miliarde de operațiuni pe secundă, echipa lui Henry a realizat o cartografiere precisă a celor 10.000 de neuroni care constituie coloana corticală. A fost o operațiune foarte complicată, având în vedere faptul că, pentru fiecare neuron, pot exista până la 60.000 de sinapse care îl leagă de vecinii săi.

Echipați cu toate datele, cercetătorii de la Blue Brain au trebuit ulterior să restituie conectivitatea celor 10.000 de neuroni. Rezultatul a fost un circuit biologic artificial, al cărui funcționalitate și mod de operare semăna cu circuitul biologic al coloanei corticale a șobolanului. Această metodă este numită de către specialiști „bottom-up” (de sus în jos), pornind de la cea mai de jos poziție a ierarhiei (nivelul microscopic al neuronilor și sinapselor), pentru ca mai apoi să urce toate treptele necesare atingerii nivelului macroscopic, acela al creierului și al operațiunilor cognitive pe care acesta le întreprinde.

Creierul uman numără în jur de 100 de miliarde de neuroni (10¹¹), fiecare neuron fiind conectat cu „vecinii” de mii sau de zeci de mii de sinapse, dând un număr total de conexiuni între 1014 și 1015. Pentru a simula un asemenea număr de conexiuni prin metoda bottom-up, ar trebui un calculator de un milion de ori mai puternic decât cel folosit pentru Blue Brain Project, care ar consuma un sfert din energia produsă de o centrală nucleară. În comparație, creierul uman consumă o cifră modestă de 20 de wati, de cinci ori mai puțin decât microprocesorul unui PC.

Oamenii de știință s-au pus de acord că metoda bottom-up, deși necesară, nu este suficientă pentru un proiect de anvergura Human Brain Project. Ei au propus o metodă radical diferită, „top-down”. Această metode se bazează pe ideea că simpla cunoaștere a profilului fiecărui neuron și a fiecărei sinapse (presupuând că acest lucru ar fi posibil) nu este de ajuns, pentru că, spre deosebire de calculatoare, procesele bilogice nu sunt liniare.

Pentru un calculator, un parametru de intrare oferă același rezultat și la ieșire, dar nu și în creierul uman. „Dacă supuneți un neuron din sistemul optic la un punct luminos, va reacționa într-un anumit fel, dar dacă supuneți un ansamblu mare de neuroni la un ansamblu mare de puncte luminoase, care formează o imagine, neuronii vor reacționa într-o manieră diferită”, explică Yves Fregnac, coordonator al HBP.

Pentru a rezolva problema reacțiilor neuronilor, precum și dificultatea întâlnită în transmiterea impulsurilor neuronale, Karlheinz Meier și Yves Fregnac și-au pus toate speranțele în circuite electronice, numite „Asic”.

Rămâne de văzut dacă oamenii de știință de la HBP vor putea îmbina cele două metode și să-și atingă scopul final, o sarcină delicată, având în vedere unde ar putea duce obținerea artificială a creierului uman.