Προσομοίωση του εγκεφάλου με... ανθρώπινες δυνατότητες και αδυναμίες, Scientists create 'most realistic artificial human brain yet' that can count and even pass simple IQ reasoning tests

Test: The 'brain' was able to process visual cues and reproduce them on a piece of paper.

Ένα εντυπωσιακό μοντέλο του ανθρώπινου εγκεφάλου, το οποίο τρέχει σε έναν υπερυπολογιστή στον Καναδά, μπορεί να αναγνωρίζει γραπτά σύμβολα, να κάνει αριθμητικές πράξεις και να λύνει λογικά προβλήματα. Ακόμα πιο εντυπωσιακό όμως είναι ότι ο εικονικός εγκέφαλος μιμείται και ορισμένες παραξενιές των ανθρώπων, αναφέρουν οι δημιουργοί του στο Science.

Στο μέλλον, προβλέπουν οι ερευνητές, το λογισμικό θα μπορούσε να ελέγχει θεωρίες για τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου, ή ακόμα και να προβλέπει τις δράσεις και τις παρενέργειες ψυχιατρικών φαρμάκων.

Προσομοίωση της φυσιολογίας του εγκεφάλου

Brain power: A simplified diagram showing the process of Spaun (Semantic Pointer Architecture Unified Network)

Η νέα προσομοίωση, με την ονομασία Spaun (προέρχεται από τα αρχικά της φράσης Ενοποιημένο Δίκτυο Αρχιτεκτονικής Εννοιολογικού Δείκτη) δεν είναι η πρώτη απόπειρα δημιουργίας μοντέλων της εγκεφαλικής λειτουργίας -το πρόγραμμα Synapse της IBM, για παράδειγμα, προσομοιώνει ένα δισεκατομμύριο νευρώνες.

Το Spaun περιλαμβάνει μόλις 2,5 εκατομμύρια νευρικά κύτταρα, συγκριτικά με τους περίπου 90 δισεκατομμύρια νευρώνες στοn μέσο ανθρώπινο εγκέφαλο. Η διαφορά όμως σε σχέση με άλλα μοντέλα είναι ότι το Spaun προσομοιώνει την ίδια τη φυσιολογία του εγκεφάλου, από τους ηλεκτρικούς παλμούς στους άξονες των νευρώνων μέχρι τη λειτουργία των συνάψεων, οι οποίες λειτουργούν σαν γέφυρες επικοινωνίας ανάμεσα στους νευρώνες. Επιπλέον, οι εικονικοί νευρώνες είναι μοιρασμένοι σε ομάδες που αντιστοιχούν σε εξειδικευμένες περιοχές του εγκεφάλου όπως ο οπτικός φλοιός.

Neuroscientist Chris Eliasmith at the University of Waterloo

Το νέο μοντέλο είναι πνευματικό παιδί του Κρις Έλιασμιθ, θεωρητικού νευροεπιστήμονα στο Πανεπιστήμιο του Βατερλώ στον Καναδά. Το Spaun είναι σχεδιασμένο να διαβάζει σύμβολα και αριθμούς γραμμένους με το χέρι. Μπορεί στη συνέχεια να εκτελεί εργασίες όπως η αντιγραφή μιας εικόνας, να κάνει απλές μαθηματικές πράξεις και να απαντά σε απλά λογικά προβλήματα.

Για παράδειγμα, αν δει την αλληλουχία αριθμών «1,2,3 - 5, 6, 7 - 3, 4, ?» το λογισμικό υπολογίζει ότι ο αριθμός που πρέπει να συμπληρώσει είναι το 5.

Μηχανή με ανθρώπινες αδυναμίες 

Spaun Anatomical architecture (credit: Chris Eliasmith et al./Science)

Το εντυπωσιακό είναι ότι το Spaun όχι μόνο εκτελεί αυτές τις εργασίες με την ακρίβεια του μέσου ανθρώπου, αλλά επιπλέον αναπαράγει ορισμένες χαρακτηριστικές ανθρώπινες αδυναμίες. Για παράδειγμα, θυμάται καλύτερα τους αριθμούς που βρίσκονται στην αρχή ή στο τέλος μιας λίστας, παρά αυτούς που βρίσκονται στη μέση.

«Δεν μας εξέπληξε η ικανότητά του να εκτελεί εργασίες, μας εξέπληξε όμως που κάποια ανεπαίσθητα χαρακτηριστικά του, όπως ο χρόνος που χρειαζόταν για να εκτελέσει τις εργασίες, ή τα λάθη που έκανε, ήταν ίδια με αυτά των ανθρώπων» σχολιάζει ο δρ Έλιασμιθ στον δικτυακό τόπο του Nature.

Ο ερευνητής έχει ήδη χρησιμοποιήσει το Spaun για να ελέγξει μια ανεπιβεβαίωτη έως σήμερα υπόθεση, σύμφωνα με την οποία εξειδικευμένες περιοχές του εγκεφάλου που ονομάζονται βασικά γάγγλια λειτουργούν ως διακόπτες για την εναλλαγή διαφορετικών συμπεριφορών.

«Δείξαμε ότι τα βασικά γάγγλια μπορούν να εκτελούν αυτή τη λειτουργία με τρόπο που επιτρέπει στο Spaun να μιμείται τις ανθρώπινες επιδόσεις σε διαφορετικές εργασίες» αναφέρει ο Έλιασμιθ.

Μελέτη του μηχανισμού ασθενειών 

Δείτε ολόκληρη τη σειρά των βίντεο σχετικά με την προσομοίωση Spaun (Semantic Pointer Architecture Unified Network – Ενοποιημένο Δίκτυο Αρχιτεκτονικής Εννοιολογικού Δείκτη) ΕΔΩ: http://nengo.ca/build-a-brain/spaunvideos/

Ο ερευνητής εκτιμά ότι στο μέλλον οι προσομοιώσεις θα βοηθήσουν όχι μόνο στην κατανόηση της οργάνωσης του εγκεφάλου αλλά και στη μελέτη του μηχανισμού διαφόρων ασθενειών.

Για παράδειγμα, η ομάδα του Έλιασμιθ έχει ήδη υποβάλει για δημοσίευση μια μελέτη που έδειξε ότι όταν το Spaun χάνει νευρώνες μιμούμενο τη διαδικασία της γήρανσης παρουσιάζει την ίδια έκπτωση των νοητικών λειτουργιών που παρατηρείται και στους ηλικιωμένους.

Τέτοιου είδους μελέτες απαιτούν πάντως πολύ χρόνο, καθώς ο υπερυπολογιστής στον οποίο τρέχει το Spaun χρειάζεται περίπου δύο ώρες για να προσομοιώσει ένα δευτερόλεπτο εγκεφαλικής λειτουργίας.