Но ликование закончилось, когда в 2017 году в журнале Science вышла статья, в которой авторы обосновывали идею, что дендриты – не просто принимающие сигналы отростки. Выяснилось, что дендриты сами генерируют колоссальное количество нервных импульсов – примерно в пять раз больше, чем тело нервной клетки.
Дендриты могут генерировать сложные импульсы с плавно меняющимся напряжением. Логично предположить, что, когда мы имеем дело с непрерывно меняющимися величинами, речь идет уже об аналоговой форме обработки информации.
Таким образом, даже отдельный нейрон работает как аналого-цифровая машина. До получения этих данных исследователи представляли нейрон как сугубо цифровое устройство обработки информации.
Стоит отметить, что и до этого исследования в работах разных авторов было установлено, что дендриты не пассивные передатчики импульсов – они могут очень сильно менять природу поступающего сигнала.
Однако генерация импульсов в дендритах нейрона – не единственный пример аналогового способа обработки информации в мозге. Колонки новой коры мозга представляют собой модули с параллельным непрерывным анализом информации. Они группируются по принципу схожести обрабатываемого сигнала и в некотором смысле могут дублировать функции друг друга. Это позволяет получить эффект «сглаженной непрерывности».
Итак, мозг создает на внутреннем экране сознания плавную, постоянно меняющуюся картинку восприятия. Согласитесь, вы же не видите мир в формате стоп-кадров. Все происходит как будто без задержек и прерываний. Мозг достигает этого эффекта именно благодаря аналоговому принципу работы с информацией в колонках.
В пользу того, что мозг не представляет собой подобие цифрового компьютерного устройства, также говорит тот факт, что в процессе индивидуального опыта мы постоянно меняем связи между клетками. То есть мозг меняет свое строение.
Но компьютеры этого не делают. Несмотря на уточненные данные о физиологии передачи и генерации нервных импульсов, нейросети все равно не дают покоя программистам. По-хорошему, все математические модели работы нервных клеток неплохо было бы пересмотреть, но сегодня многие программисты словно закрывают глаза на активные дендриты. Программисты просто описывают живые нейросети (как понимают) и создают (как умеют) на их основе модели. Но являются ли они реальным отражением деятельности мозга?
Нейросети. Нейроморфный чип
Много слов уже сказано о том, как устроены нейросети. На примере отдельных систем мы увидели, как нервные клетки разных структур выстраиваются в нейронные сети, чтобы обрабатывать информацию, связанную с обеспечением той или иной функции. В каком-то смысле кортикальную колонку тоже можно считать нейросетью, только миниатюрной. Некоторые нейрофизиологи весь мозг считают одной большой нейросетью.
Несмотря на то что в 2017 году появилось исследование с выводами о том, что дендриты работают сложнее, чем принято думать, инженеры и программисты не оставляют попыток создать искусственную нейросеть. Именно на нее многие возлагают надежды, связанные с искусственным интеллектом.
Так, в том же 2017 году компания Intel представила нейроморфный процессор Loihi, который является ключевым компонентом для создания сложноорганизованной системы искусственного интеллекта.
«Нейроморфный» намекает на его схожесть с устройством и принципами работы нервной системы. Но, как вы уже успели убедиться, до настоящей нейроморфности таким устройствам еще далеко.
Что же уникального в этом процессоре? Сам он, по заявлению создателей, хоть и грубо, но имитирует работу нейронов. Мы уже выяснили, что имитировать ее он не может, поскольку совсем недавно были серьезно пересмотрены функции дендритов. Но давайте закроем на это глаза и допустим, что, пусть и очень приблизительно, такой чип способен подражать работе мозга. Последняя его версия (2019 года) будет включать в себя около 100 миллиардов синапсов. Звучит внушительно. Это серьезное заявление, потому что примерно таким потенциалом обладает мозг мыши. Смоделировать даже такой мозг – задача крайне сложная. Этот процессор сможет производить весьма внушительное число операций в минуту. Подумайте, сколько всего вынужден решать мозг мыши (одно регулирование деятельности внутренних органов чего стоит, а сколько различных поведенческих программ).
Как вы понимаете, мозг человека содержит значительно большее количество синапсов. Предположительно, их число может доходить до 3 000 000 000 000 000 (трех квадриллионов). Это в 30 тысяч раз больше, чем в чипе Intel. Далековато пока ему до человеческого мозга. Но, возможно, это только начало. Конечно, процессор вряд ли когда-нибудь будет копировать мозг на 100 %. Да и нужен ли он?
Сейчас ведется немало разговоров о том, что такое искусственный интеллект (ИИ) и как его определять. Ряд исследователей считает, что пока не существует ни электронно-вычислительных устройств, ни даже математических моделей, работающих по принципу функционирования человеческого мозга. Да и вообще, по их мнению, о современном компьютере нельзя говорить как об искусственном интеллекте. Если же определить ИИ как некий инструмент, способный решать ту или иную интеллектуальную задачу, даже обычный смартфон вполне можно считать таковым.
Получается, наши телефоны по своей сути – варианты устройств с ИИ. С помощью программных алгоритмов они даже могут неплохо обучаться. Уже давно на телефоны устанавливаются самообучающиеся словари, голосовые помощники, системы интеллектуального поиска.
И тогда возникает вопрос: может, и не надо вовсе копировать мозг? Сейчас доработают квантовый компьютер, и можно будет вообще забыть о том, что существует какой-то мозг.
К примеру, для защиты наших банковских карт используется достаточно серьезная математика. Когда вы вставляете карту в банкомат, его компьютер делит некое привязанное к карте число на ваш ПИН-код. Причем делит он так, чтобы получился целый ответ. В таком случае вероятность, что злоумышленник сможет подобрать ПИН-код от вашей карты, практически равна нулю. Почему? Потому что, используя самый мощный на сегодняшний день компьютер, ему придется подбирать число миллиарды лет (в прямом смысле). Как вы понимаете, у злоумышленников нет времени столько ждать, поэтому они используют другие приемы, например крадут ПИН-код или взламывают смартфоны доверчивых пользователей.
На секунду подумайте: для того чтобы просто подобрать четыре цифры, даже суперкомпьютеру придется возиться миллиарды лет! А мозг человека делал бы это до конца существования нашего Солнца, так и не получив результата. А теперь приготовьтесь к самому интересному. Устройтесь поудобнее, чтобы вам было максимально комфортно. Готовы?
Квантовый компьютер подберет ПИН-код за несколько секунд. Точка.
Процессор обычного компьютера перебирает весь программный код (состоящий из единиц и нулей) последовательно, цифру за цифрой. Это как если бы вы имели длинные бусы, но всякий раз, чтобы добраться до той или иной бусины, вам приходилось бы перебирать каждую с некоторого условного начала. Так работает сегодня практически вся электронно-вычислительная техника на полупроводниках (это все домашние компьютеры, ноутбуки, планшеты). Но квантовому компьютеру не нужно будет последовательно перебирать все бусины. Он сможет работать со многими бусинами одновременно.
Квантовый компьютер будет использовать для вычисления более сложные квантово-механические эффекты: квантовую запутанность и квантовый параллелизм. Это станет возможным благодаря тому, что квантовый компьютер устроен иначе. Он сможет, например, использовать кольца из сверхпроводящей пленки, в которых ток течет в разных направлениях. За счет этого в один и тот же промежуток времени реализуется гораздо больше вычислительных операций с нулями и единицами. То есть квантовый компьютер будет способен выполнить одновременно тысячи таких же вычислительных процессов, какие полупроводниковый выполняет последовательно.
А теперь представьте, на что еще он будет способен?
Теоретически такой компьютер сымитирует человеческий мозг в два щелчка. И, скажем, общаясь через ширму, вы вообще никогда не отличите его от живого человека. Более того, вам будет казаться, что вы разговариваете чуть ли не с самим Эйнштейном! Но есть кое-что еще страшнее: такой компьютер будет «умнее» Эйнштейна. Модели подобных устройств пока только создаются, однако вполне вероятно, через 15–20 лет мы сможем увидеть квантовые компьютеры на массовом рынке.
Пугает? Но не всех. Для некоторых исследователей подобные идеи кажутся настолько заманчивыми, что они уже несколько десятилетий предпринимают попытки встроить компьютеры и чипы прямо в мозг живого человека. Возможно ли это с точки зрения нейробиологии?
Между «мертвым» и «живым»
Мозг – живая ткань, а кремниевый чип – мертвая технология. Так думают многие. Так же считало немалое число биологов. Пока не начались эксперименты. Однако давайте, хоть и кратко, поговорим обо всем по порядку.
Нашему мозгу доступно не так уж много информации из окружающего мира. К примеру, воспринимаемые цвета – это электромагнитное излучение. Его волны отражаются от предметов и попадают на палочки и колбочки наших глаз. А далее происходит «волшебство». Мозг по длине волны и другим ее характеристикам определяет, что за цвет перед нами. В сетчатке есть светочувствительные молекулы. Сами волны при взаимодействии с сетчаткой ведут себя уже как частицы (фотоны). Светочувствительные молекулы поглощают фотоны, после чего меняется их химическая структура. И это спусковой механизм для возникновения зрительного возбуждения (импульса).
Затем, уже по количеству импульсов и по тому, от каких элементов они пришли, в зрительной и ассоциативной коре (пропустив предварительно через таламус) мозг может все это преобразовать в цветную картинку.
Примерно то же самое происходит и со слуховыми стимулами. Только там, вместо фотонов света, работают звуковые волны (которые представляют собой конфигурацию молекул воздуха). Молекулы воздуха как бы бьют клеточные элементы внутреннего уха, что приводит к возникновению возбуждения.