Формула бессмертия. На пути к неизбежному

Никонов Александр

Как человек, всю жизнь занимающийся архитектурой компьютеров, автор, разумеется, не мог не задаться вопросом и о том, можно ли смоделировать мозг на другой элементной базе. Его выводы, как и выводы Савельева, оптимизма не вселяют:

«Мы увидели, что человеческая личность материализована на огромном количестве связей между нейронами. Можно ли каким-либо образом составить таблицу этих 5х10¹⁴ связей? Практически такое количество связей невозможно отсканировать или вычислить каким-либо образом за сколько-нибудь приемлемое время никакими фантастическими техническими средствами. Для статического случая, то есть для неизменной конфигурации связей с постоянными характеристиками, задача определения всех связей

между элементами мозга и вычисления их весов по откликам выходов на комбинации входных сигналов, в принципе, еще может быть решена, но с неприемлемо большими затратами времени. Однако для живого мозга, с его динамическими порогами возбуждения для каждого нейрона и быстро изменяющимися по ходу жизни связями, такое вычисление невозможно в принципе».

Он даже пытается подсчитать необходимые для этого ресурсы:

«Возможно ли моделирование работы нашего человеческого мозга на компьютере? Принципиальных препятствий, за исключением уверенности в правильности нашей модели, как будто нет. Но хватит ли вычислительных ресурсов нынешних компьютеров для моделирования работы человеческого мозга в реальном времени?

Ответ на этот вопрос почти однозначный — нет! Информационная емкость мозга порядка 1,5х10¹⁴ байт. Так что нашему моделирующему компьютеру понадобится как минимум память такой же емкости. Мозг представляет собой 15 миллиардов синхронных логических элементов, каждый из которых имеет быстродействие порядка 10–100 переключений в секунду. Возможность переключения определяется сигналами на входах нейрона. А входов у каждого нейрона до 10 000. Причем входы эти скорее аналоговые (мы пока условно приняли разрешение аналоговых сигналов в 2¹² = 4096 уровней, то есть 12 бит).

Так что для определения того, возбудится нейрон в какой-то момент времени или нет, нужно провести суммирование сигналов на всех его входах с учетом их весов — электрических сопротивлений и сравнить полученную сумму с пороговым значением уровня возбуждения для данного нейрона в данный момент. Порог этот может меняться с течением времени. Он определяется тем, насколько «отдохнул», зарядился данный нейрон, насколько он разрядился, текущей физиологической (химической) обстановкой на данном участке мозга. Так что нам в процессе моделирования в реальном времени придется не менее 10 раз в секунду просматривать и суммировать все 1,5х10¹⁴ связей для определения состояния возбужденности каждого из множества нейронов на следующем шаге.

Для каждой связи нужно иметь не менее 28 бит, а именно:

а) 16 бит — адрес нейрона, возбуждающий выход которого связан с данным входом;

б) 12 бит — функция возраста входа-связи, однозначно связанная с уменьшающимся со временем весом, проводимостью данной связи, представляемой 12 битами.

При этом нужно учитывать топологию (географию) возможных связей каждого нейрона. То есть надо учитывать, с какими нейронами может соединяться на данном отрезке времени рассматриваемый нейрон при своем возбуждении.

Даже если мы сможем на одном процессоре полномасштабно моделировать работу 1000 нейронов со скоростью порядка 100 000 000 арифметических операций в секунду, что для моделирования в реальном времени всего мозга человека понадобится 15 000 000 таких процессоров. Пока что такая задача при решении ее «в лоб» непосильна даже для самых могучих на сегодня компьютеров».

Заметьте, автор допускает возможность на одном кристаллическом процессоре моделировать работу аж тысячи (!) нейронов. Савельев, знакомый с работой мозга немного лучше киевского физика, утверждает, что на каждый нейрон понадобится отдельный процессор, то есть количество процессоров возрастет на три порядка. Правда, и его оценка может оказаться чересчур оптимистической, если углубиться в специальную литературу:

«Отдельный нейрон не есть элементарная единица обработки информации. Это скорее нервный центр. Дело в том, что отдельные участки дендритов и аксонов нейронов могут вступать в связи с участками мембран других нейронов, образуя локальные сети. Поэтому единицей обработки информации могут быть отдельные участки мембран дендритов и аксонов. В этом случае тело нейрона лишь поддерживает функционирование этих участков мембраны. То, что нейрон может выступать в качестве сложной информационной машины, вытекает из данных транссиноптической индукции энзимов. В этом случае входной сигнал «записывается» на молекуле ДНК в виде специфической экспрессии генов. Такая молекулярная память пока не нашла прямой реализации в нейрокомпьютерах».

В общем, путь до электронной модели мозга неблизкий. К тому же у меня есть некоторые сомнения, которыми я с вами хочу поделиться. Вот смотрите…

Представьте себе мозг, это невероятное хитросплетение нервных клеточек, напоминающих спрута, щупалец у которого тысячи, и они еще и ветвятся… Нейрон — ретрансляционная станция. Но не простая. Этот спрут не просто передает полученный сигнал — в этом нет большого смысла, — он его обрабатывает. Может передать как есть. Может на один пришедший сигнал выдать серию импульсов, и наоборот, — вместо полученной серии отправить дальше одиночный всплеск. Может преобразовать сигнал, то есть отправить на выход не совсем то, что пришло на вход. От чего это зависит?

От свойств разных участков мембраны в момент приема- передачи. А свойства эти, в свою очередь, зависят от веществ, плавающих во внеклеточном пространстве (они называются медиаторами), от самого приходящего импульса, от времени суток. Сигнал может измениться и по мере своего движения по аксону, то есть аксон — не просто кабель, но сложная часть оборудования.

Но нейроны не думают! Они просто получают электрохимический сигнал, после чего в них начинают идти сложные биохимические процессы, молекулы носятся, реагируют, в результате обработанный сигнал ретранслятором нейрона пересылается дальше…

Нейроны не думают. Ни один. А я думаю. Ими, недумающими. Как это возможно?

Когда стакан воды собирается каплями, я понимаю происходящее, потому что каждая капля — это чуть-чуть воды. А по чуть-чуть и океан собрать можно! Но как из ничего собрать что-то? Если нейрон не думает и в нем всего лишь бурлит суп сложнейших молекулярных реакций, как это происходит в кастрюле на кухонной плите, из чего же складывается полный «стакан» моих мыслей?

В организме полно разных сложных и простых молекул — всякие там моносахариды, иммуноглобулины и другие огромные молекулярные коряги, которые ежесекундно вступают в реакции, синтезируются, разваливаются; для передачи сигнала в синапсе включаются ионные натриевые и калиевые механизмы, работает ацетилхолин, раскрываются синаптические пузырьки, для обеспечения всего этого энергией идут процессы окисления в мириадах митохондрий с генерацией аденозинтрифосфата, излучаются и поглощаются кванты электромагнитного излучения, электроны меняют орбиты… Но где в этом молекулярном аду находится «стол», о котором я думаю?

С возбуждения какого именно из ста пятидесяти миллиардов нейронов начинается моя мысль о голубом небе? И как оно вообще получается, это самое голубое небо из каши квантовых мельтешений? А главное, «Я»-то здесь при чем? Ведь «Я» — это не куча биохимических реакций. «Я» в них даже не разбираюсь. «Я» — не их сумма. «Я» — нечто большее. И к ним несводимое. «Я» могу о них думать. А они обо мне — нет.

И еще. Мозг не только в голове. Тоненькие провода аксонов собираются в пучки и кабельные жгуты, которые сливаются в «реки» и «вытекают» через позвоночное русло в тело, откуда потом вновь разбегаются на ручьи, дотягивающиеся кончиками до нужных мест в теле. Не только отдельные нейроны напоминают спрутов со щупальцами, но и сам мозг напоминает спрута, пустившего нитки нервов в тело и управляющего им, словно марионеткой.