Az idegtudomány egyik legnagyobb kihívása, hogy feltérképezze az idegsejtek között létrejövő szinaptikus kapcsolatokat.
A “konnektom”, azaz a neuronok (idegsejtek) között létrejövő kapcsolatok (szinapszisok) térképe az idegtudomány Szent Grálja, amely megvilágítaná az agyban zajló információáramlást. Jelenleg még nagyon messze vagyunk egy ilyen térképtől, de az Amerikai Tudományos Akadémia folyóiratában (PNAS) megjelent nagy jelentőségű cikk közelebb visz a megvalósításához.
A svájci Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) intézetben folyó Blue Brain Project (BBP) keretében sikerült meghatározni azokat az alapelveket, amelyek meghatározzák az idegi összeköttetések (szinapszisok) kialakulását. Ehhez virtuálisan rekonstruáltak egy kéregbeli mikroáramkört, és összehasonlították egy emlősből származó mintával. Az alapelvek ismerete most már lehetővé teszi, hogy megjósolják a szinapszisok helyét az agykéreg magasabb rendű idegfunkcióiért felelős részében, a neokortexben.
“Ez igen nagy áttörés, mivel egyébként évtizedekig, ha nem évszázadokig tartana feltérképezni minden egyes szinapszis helyét az agyban, és mostantól jelentősen megkönnyíti a pontos modellek készítését is” – mondta Henry Markram.
Az idegtudomány egyik régóta kutatott rejtélye, hogy vajon valamennyi neuron egymástól függetlenül növekszik-e, és a sejtek csak megragadják azt, amit elérnek (amikor nyúlványaik egymásba ütköznek), vagy pedig minden egyes neuron nyúlványait specifikus kémiai jelek vezetik, hogy megtalálják a célpontjaikat. A rejtély megoldásához a kutatók megvizsgálták a kérgi mikroáramkör virtuális rekonstrukcióját, hogy lássák, hol ütköznek egymásba a nyúlványok. Nagy meglepetésükre azt tapasztalták, hogy a modellben található helyek 75-95 százalékos pontossággal megegyeztek a megfelelő valódi agyi áramkörben található szinapszisokéival.
Ez azt jelenti, hogy a neuronok annyira függetlenül növekszenek egymástól, amennyire fizikailag ez lehetséges, és az esetek zömében ott hoznak létre szinapszisokat, ahol véletlenszerűen egymásba ütköznek. Felfedeztek azonban néhány kivételt is. Egyes különleges esetekben a neuronok által használt jelzések megváltoztatják a statisztikailag valószínűsített összekapcsolhatóságot. Ezeket a kivételeket is számításba véve a Blue Brain csoport most már szinte tökéletesen képes előrejelezni az áramkörön belül kialakuló valamennyi szinapszis helyzetét.
Virtuális rekonstrukció
A virtuális agykérgi mikroáramkör rekonstrukciójához élő agyszövetből készült metszeteken végzett, részletekbe menő kísérletekből 20 év alatt felgyülemlett adatokat használtak fel. Ez a páratlan adatbázis tartalmazza a neuronok geometriai és elektromos sajátosságait. Az áramkörben lévő minden egyes neuronnak elkészítették a háromdimenziós modelljét egy Blue Gene szuperkomputerrel. Mintegy 10 000 virtuális neuront helyeztek el random pozícióba a háromdimenziós térben a megfelelő élő szövetben található sűrűségben és morfológiai arányban. A kutatók ezután ellenpróbaként összehasonlították a modellt egy valódi emlős agyból származó agyi kapcsolódás-rendszerrel.
Nagy lépés a pontos agymodellek felé
A felfedezés azt is megmagyarázza, hogy miért képes az agy elviselni a károsodást, és azt is megmutatja, hogy az ugyanabba a fajba tartozó élőlény valamennyi egyedének agyában a szinapszisok pozíciója inkább azonos, mint eltérő. “A szinapszisok ily módon való elhelyezkedése nagyon erős” – mondta Sean Hill, komputeres idegkutató, a cikk vezető szerzője. “Megváltoztattuk a neuronok sűrűségét, elhelyezkedését, irányát, de egyik sem változtatta meg a szinapszisok helyének eloszlását.”
Forrás: Pesthy Gábor, origo.hu
Általános Mesterséges Intelligencia (AGI) – új perspektívák
Agykép-készítő
A nanotechnológia, transzhumán intelligencia, szuperrobotok eljövetelét hosszú évek óta töretlen lelkesedéssel prognosztizáló Ray Kurzweil elutasítja az ún. „erős MI” sokak szerinti kivitelezhetetlenségét.
A londoni University College számítógépes idegtudományokkal foglalkozó részlegének fiatal kutatója, a néhány esztendeje még játékfejlesztéssel (Evil Genius stb.) foglalatoskodó Demis Hassabis rendszerszinten, az „agy algoritmusaiban” gondolkodik, olyan kérdésekkel foglalkozva, hogy elménk milyen algoritmusokat használ problémamegoldás közben, és ezek közül melyek nélkülözhetetlenek egy általános mesterséges intelligencia létrehozásához: miként alakítunk át érzékszervi információkat fogalmi információvá? Például látunk egy képet, aztán el is kezdünk gondolkodni róla – mi történik ebben az esetben az észlelés és a fogalomalkotás között? Ma még nem létezik a látványból absztraháló (jó) gépitanulás-algoritmus – a legújabb „agykép-készítő”, sejtelemző technikák felhasználásával, Hassabis és munkatársai ilyesmit próbálnak létrehozni. Ilyesmit, de mégis mást: figyelembe kell venniük, hogy az ugyanazokon az elveken alapuló algoritmusok (minden bizonnyal) eltérően funkcionálnak természetes- és szilíciumközegben.
Amennyiben pedig az algoritmusok másként reagálnak, kivihetetlen az agy teljes emulációja. A kutató szerint a két legismertebb „agyépítő” projekt, az IBM és a DARPA jegyezte SyNAPSE és a Lausanne-i Műszaki Iskola, Henry Markram professzor nevével fémjelzett Kék Agy kezdeményezése által használt neuromorfikus modellekkel és hasonló módszerekkel legalább 50 évre vagyunk az „általános mesterséges intelligenciától” (AGI). Úgy véli, az agyműködés által erőteljesebben inspirált algoritmusokra van szükség, amilyen például az MIT retinális sejtek két szintjét részletesen modellező HMAX vizuális felismerő-rendszere.
Az IBM és a DARPA kutatói, valamint Markram és kollégái bizonyára másként látják a megvalósítás időintervallumát. Mindkét projekt célja elméhez hasonló szoftver kidolgozása, az agyműködés visszafejtése alapján.
Kapcsolóasztal az agy homloklebenyében
Az IBM és a DARPA kutatói kognitív-számítási chipekből álló hálózatban gondolkoznak. A kiindulópont a makákók agyának hálózati felépítése: ennek alapján igyekeznek megérteni az agyban lejátszódó, bonyolult folyamatokat. Több ezer kapcsolatot és több száz agyterület hálózatát tanulmányozva, a fehérállományt nagy távolságú autópályákhoz, a szürkeállományt helyi utakhoz hasonlítják.
Úgy vélik, a hálózat egésze integrált magot tartalmaz, amely akár a magasabb szintű kognitív tevékenységek, sőt a tudatosság központja is lehet. Általa egyszer talán még a „hogyan alakult ki az agyból az elme” kérdésre is választ kaphatunk. Az agyterületeket a keresőmotorok oldalakat rangsoroló technikájához hasonlóan osztályozva arra a következtetésre jutottak, hogy az agy homloklebenye (prefrontális kortex) úgy működik, mint egy kapcsolóasztal: az információ integrálását és elosztását szervezi. Ha egyszer sikerül mindezt gépi közegben emulálni, talán nem is leszünk olyan messze az AGI-től.
Henry Markram már modellezte az egér és a nyúl agyának egyes elemeit. Jelenleg az újagykéreg (neokortex) ismert repetitív egységeire, a neokortikális „oszlopokra” összpontosít. Munkatársaival több tízezer egymástól különböző idegsejtről készítettek mesterséges neokortikális oszlop létrehozását lehetővé tevő szoftvermodellt. Ugyan minden egyes idegsejt egyedi, de megállapították, hogy a különböző agyi áramkörök közös mintákkal rendelkeznek. A modell életre keltéséhez az eddigi modelleket és néhány algoritmust szuperszámítógéppé kell alakítani. Markram laptopok helyett azonban egy tízezer processzoros IBM Kék Gén gépet használ. A szimulációk megkezdődtek, rendeltetésük, hogy az agyműködéssel kapcsolatosan adjanak fogódzókat, aztán pedig jöhet az AGI.
Kommentek
Kommenteléshez kérlek, jelentkezz be: