Поиск Себастьяна Сеунга: создание карты человеческого мозга

Leave a comment

February 9, 2015 by Maryna

Автор статьи – Гарет Кук, The New Your Times magazine, 8 января 2015

В 2005 году Себастьян Сеунг пережил академический эквивалент экзистенциального кризиса. Десятью годами ранее, имея степень Доктора наук в теоретической физике в Гарвардском университете, Сеунг совершил драматическую смену карьеры на сферу неврологии, – рисковый ход, приносивший, казалось, свои плоды. Он получил должность в Массачусетском технологическом институте (MIT) на год раньше обычных соискателей и сразу же был назначен профессором – необычная ситуация, отражающая ощущение, что Сеунг был чем-то вроде суперзвезды. Его лаборатория была обеспечена щедрым финансированием элитного Медицинского института Говарда Хьюза. Он был популярным преподавателем, путешествовавшим по всему миру – Цюрих; Сеул, Южная Корея; Пало-Альто, штат Калифорния, – читая лекции о своих математических теориях, как нейроны могут быть соединены друг с другом для организации «двигателей мысли».

И все же Сеунг, человек естественно полный воодушевления, был все более и более подавленным. Он и его коллеги проводили свои дни в спорах, как может функционировать мозг, но наука не предлагала никакого способа сканирования его для получения ответов. «Казалось, десятилетия могли бы пройти», – сказал мне Сеунг недавно, «а мы никогда и не узнали, были ли какие-либо из этих теорий правильными».

Тем ноябрем,  на ежегодной встрече Общества неврологии в Вашингтоне Сеунг обратился за советом к Дэвиду Тэнку (David Tank) – наставнику, которого Себастьян встретил в Bell Laboratories. За ланчем в неряшливой столовой соседнего отеля Тэнк порекомендовал радикальное средство. Его бывший коллега в Гейдельберге, Германия, только что построил устройство, которое изображало ткани мозга с достаточным разрешением, чтобы воссоздать соединения между отдельными нейронами. Но рисование даже крошечной схемы соединений требовало титанических усилий, поскольку люди прослеживали путь нейронов через тысячи размытых черно-белых изображений. По словам Тэнка, требовалась компьютерная программа, способная отслеживать нейроны автоматически – способ отобразить миллионы связей мозга и дать толчок новой области научных открытий. Хотя для Сеунга решение этой проблемы означало бы отказ от работы, приведшей его к вершине в своей области, в пользу рискованного инженерного проекта.

По возвращению в Кембридж, Сеунг поговорил с двумя своими студентами, которые, как и все остальные в лаборатории, сочли идею ужасной. В течение следующих нескольких недель, пока троица обсуждала и спорила, Сеунг убедился, что проект в Гайдельберге должен был быть более интересным, и в конечном счете менее рискованным, чем продолжение теоретической работы, веру в которую он потерял. «Убедитесь, что ваши паспорта готовы», – сказал он наконец. «В следующем месяце мы летим в Германию».

Сеунг и два его студента провели большую часть января 2006 года в Германии, обучаясь причудливым способам  анализа изображений мозга в высоком разрешении у Винфрида Денка, ученый, построившего прибор. Троица вернулись в MIT приободренной, но решение Сеунга долгое время выглядело как «карьерное самоубийство». Коллеги в MIT шептались, что Сеунг слетел с катушек, а в более снобистских кругах теоретической неврологии, по словам Сеунга, инженерный проект рассматривался как «слишком низкого пошиба». В 2010 году институт Хьюза отказал лаборатории в финансировании и Сеунгу пришлось бороться. Когда у его жены среди ночи начались роды, он работал над грантовой заявкой; он провел без сна 36 часов подряд. («Наука», – написал однажды Эйнштейн, – «это замечательная вещь, если не нужно зарабатывать ею на жизнь».) Шли годы, достижения лаборатории Сеунга были встречены с безразличием, что особенно удручало его аспирантов. «Каждый раз, когда они добивались успеха, они были подавлены этим, поскольку все остальные считали это глупостью», – говорит Сеунг. «Это убивало меня».

Прошлой весной, спустя восемь лет после того, как он и его ученики упаковали компьютерную рабочую станцию в чемодан и отправились в Гейдельберг, Сеунг опубликовал статью в престижном журнале Nature. В статье рассказывалось, как можно составить карту нейронных связей головного мозга – и совершить открытия – с помощью гениального сочетания искусственного интеллекта и конкурентной онлайн-игры. Сеунг также стал основным сторонником плана, описанного им в своей книге в 2012, по созданию схемы подключения всех 100 триллионов соединений между нейронами головного мозга человека, невообразимо огромной и сложной сети, известной как Коннектом.

Гонка по отображению Коннектома едва стартовала при весьма незначительном финансировании со стороны федерального правительства и с первоначальными экспериментами, ограниченными мозгом лабораторных животных, таких как плодовые мушки и мыши. Но это – затея, отягощенная моральными и философскими подтекстами, поскольку создание карты человеческого Коннектома, по словам Сеунга, позволит запечатлеть самую суть человека: каждое воспоминание, каждый навык, каждую страсть. Когда мозг не соединен должным образом, это может привести к расстройствам, таким как аутизм и шизофрения – «конненктопатии», которые могли бы быть выявлены на карте и получить необходимое лечение.  И если бы наука получила власть записывать и хранить коннектомы, то естественно было бы предположить, как это сделали Сеунг и другие, что технология может в один прекрасный день позволить записи играть снова, таким образом оживляя человеческое сознание. Отображение Коннектомов, как верят его наиболее рьяные сторонники, даровало бы, ни много, ни мало, а бессмертие.

В прошлом году Сеунга переманили из MIT в Центр динамики нервной цепи Безоса при Принстонском институте нейронаук. В эти дни Сеунг, которому уже 48, имеет офис по соседству со своим наставником Тэнком в институте – белом здании с полосками остекления, открытом в прошлом году на лесной южной окраине кампуса. За окном офиса Сеунга виднеются спортивные площадки, игра в футбол на которых во второй половине дня иногда отвлекает его. Несколько наполовину распакованных коробок лежат вокруг. Рядом со встроенным столом примостилась гигантская банка со смесью орехов из Costco – привычка, которую он перенял у своего отца, профессора философии в Университете штата Техас в Остине. С нанесением на карту Коннектома, объясняет Сеунг, можно начать отвечать на вопросы, над которыми теоретики ломают голову на протяжении десятилетий, в том числе и на те, что побудили его в отчаянии оставить свою предыдущую работу. Он планирует, среди прочего, доказать, что можно найти конкретное воспоминание в мозге мыши и показать, как нейронные связи поддерживают его. «Я возвращаюсь, чтобы свести старые счеты», – говорит он.

В 1946 году аргентинский писатель Хорхе Луис Борхес написал безымянный рассказ об империи, намерившейся создать совершенную карту своей территории. Целый ряд карт был нарисован только для того, чтобы быть отложенным в сторону ради более амбициозных карт. В конце концов, Борхес писал: «картографы Гильдии создали Карту Империи размером с саму Империю и совпадавшую с ней до мельчайших деталей. Следующие поколения, не столь увлеченные Изучением Картографии, как их предки, видели, что эта обширная Карта была бесполезна, и…оставили ее на милость солнца и зимней стужи».

Со временем поучительная притча Борхеса стал еще более актуальной для потенциальных картографов мира, среди которых находится и Сеунг. Технологический прогресс всегда приносил новые способы видения природного мира и, соответственно, новые способы его картирования. Телескоп был тем, что позволило Галилею нарисовать в своей книге «Звездный вестник» первую карту одной из крупнейших лун Юпитера. Изобретение микроскопа в конце 16-го века привело к знаменитому изображению Робертом Гука бронированной блохи, равно как и открытию клетки, инородного «мира в себе». Сегодня темпы изобретения и грубая сила технологий шокируют: Нобелевская премия была присуждена осенью прошлого года за создание микроскопа с разрешением столь высоким, что это противоречит закону физических ограничений самого света.

Что сделало начало 21-го века особенно головокружительным моментом для научных картографов, так это стремительный рост информационных технологий. Достижения в компьютерных технологиях предоставили дешевые средства для сбора и анализа огромных объемов данных, а закон Мура, предсказывающий регулярные удвоения вычислительной мощности, не прогнозировал никаких признаков торможения. Не менее важным является тот факт, что машины теперь могут автоматически делать тяжелую работу исследований, обработки образцов, измерения и записи данных. Настройте роботизированную систему, загрузите данные в облако и карта практически сама себя нарисует. Здесь легко забыть предостережение Борхеса: вопрос не в том, можно ли создать карту, а в том, какие открытия она принесет. Будут ли будущие поколения ценить работу картографа или покачают головами и предадут его забвению?

Ур-карта этой большой науки – та, что создается Проектом Генома Человека – полномасштабный учет ДНК, обеспечивающий генетические инструкции каждой клетки. Проект генома был завершен быстрее, чем кто-либо ожидал, благодаря закону Мура, и стал важным научным инструментом. На волне этого проекта возникло несколько подобных исследований – протеома (белки), фолдома (свертываемость белков) – каждый обещая полное описание того или иного. The Brain Initiative – 12-летние усилия правительства Соединенных Штатов стоимостью $ 4,5 млрд по картированию мозга – является сознательным эхом проекта генома, но неврологи находились в гораздо более слабой позиции с самого начала. Мозг может быть отображен в самых разнообразных формах, и данный проект ведет исследования в нескольких направлениях одновременно. На самом деле Сеунг и его коллеги, которые получают некоторые средства, работают на полях современной нейронауки. Большая часть самых захватывающих новых технологий в этой сфере стремится отслеживать активность мозга – функциональная МРТ, с его изображениями «загорающихся» частей мозга – в то время как Коннектом был бы картой физической структуры мозга.

Чтобы объяснить, что он находит настолько неотразимым в веществе мозга, Сеунг указывает на рассказы о клинической смерти. В мае 1999 года молодой врач по имени Анна Багенхольм каталась на лыжах в ущелье недалеко от Полярного круга в Норвегии, когда скала зацепила ее лыжу, закрутила ее на полпути и сбила на спину. Анна понеслась головой вниз по склону, по-прежнему на лыжах к потоку, покрытому льдом. Это был солнечный день, необычно теплый, и когда она попала в лед, она провалилась прямо под него. Хлынувшая подтаявшая вода сразу заполнила одежду и потянула Анну дальше по льду. Ей удалось найти воздушный карман, и ее друзья боролись, чтобы освободить ее, но течение было слишком сильным, а лед – слишком прочным. Они схватил ее за ноги, чтобы не потерять ее. Тело Багенхольм обмякло. Ее сердце остановилось.

К тому моменту, как горно-спасательная команда освободила ее, протянув тело через отверстие, вырезанное ниже по течению, она была под водой более часа. В этот момент она была в состоянии клинической смерти. Спасательная команда начала первичные реанимационные действия в ожидании вертолета, который и переправил ее в университетскую больницу Тромсо в часе лета, ее тело все еще не подавало никаких признаков жизни. Температура тела составляла 14 градусов. Врачи медленно согрели ее, и вдруг сердце начало биться. Она провела месяц в реанимации, но восстановилась на удивление хорошо. Несколько месяцев спустя Багенхольм вернулась к работе и даже к катанию на лыжах.

Что сохранило воспоминания и способности Багенхольм в течение часа в состоянии клинической смерти? Ученые считают, что каждая мысль, каждое чувство, представляет собой набор из крошечных электрических импульсов, пронизывающих взаимосвязанные нейроны мозга. Но когда девочка узнает слово, например, ее мозг делает запись путем изменения самих соединений. Когда она учится ездить на велосипеде или петь «С Днем Рождения», появляется новое созвездие соединений. Когда она взрослеет, каждое воспоминание – имя друга, скольжение лыж по свежему снегу, соната Бетховена – записывается таким образом. Взятые вместе, эти соединения являются ее Коннектомом, постоянной записью ее личности, талантов, интеллекта, памяти мозгом: суммой всего, что составляет ее «Я». Даже после того, как холод сковал сердце Багенхольм и приглушил звук ее нейронной сети до шепота, Коннектом продолжал жить.

Что делает взаимоотношения Коннектома с нашей идентичностью таким сложным для понимания, сказал мне Сеунг, так это то, что мы связываем свое «я» с движением. Мы идем. Мы поем. Мы испытываем мысли и чувства, которые расцветают в сознании, а затем исчезают. «Психе» происходит от греческого «взорвать», вызывая живительное дыхание, определяющее жизнь. «Было бы заблуждением говорить об индивидуальности как о схеме подключения нейронов, которая меняется весьма медленно»,- говорит Сеунг. «Коннектом – это только мясо, и люди негодуют из-за этого».

Сеунг предложил мне представить себе реку, бурлящие воды Колорадо. «Это», – сказал он, – «наш опыт от момента к моменту». Со временем вода оставляет свой след на русле, расширяя изгибы, следуя узорам горных пород и грунта. В некотором смысле, Гранд-Каньон – это воспоминание, где протекало Колорадо. И, конечно, русло реки формирует течение воды сегодня. Таким образом, есть два «я»: река и ее ложе. Река – это смятение и драма. Река требует внимания. Тем не менее, Сеунга интересует ее ложе.

В 1989 году во время летней стажировки в Bell Laboratories Суенг попал под чары компанейского израильтянина по имени Хаим Сомполинский, который познакомил его с проблемой теоретической неврологии: как может сеть нейронов генерировать что-то вроде момента «Эврика!», когда изучение внезапно приводит к пониманию. Это привело Суенга к его собственному «Эврика!» – моменту: при размытой границе между неврологией и математикой, он увидел новую научную территорию, захватывающую и в значительной степени неисследованную, дававшую ему то же чувство, что, должно быть, посетило физиков, когда атом впервые стал раскрывать свои тайны.

Сеунг стал частью группы физиков, применивших сложные математические методы, чтобы разработать идею, уходящую корнями к Платону и Аристотелю, что смысл возникает из связи между вещами – в нашем случае, – связи между нейронами. В 19 веке, Уильям Джеймс и другие психологи сформулировали психические процессы как ассоциации; например, при виде Лабрадора ретривера возникает мысль о домашнем питомце из детства, которая приводит к размышлениям о друге, жившем по соседству. К концу века испанский невролог Сантьяго Рамон-и-Кахаль создавал иллюстрации нейронов – длинные, тонкие стебли и ярко-выраженные ветви, которые связаны с другими нейронами с такими же длинными стеблями – и люди начали задумываться: возможно, они видели физические пути самой мысли.

Следующий поворот произошел в последние десятилетия, когда междисциплинарная группа исследователей, в том числе и Сеунг, пошли по новому пути мышления, описанному как коннекционизм. Основная идея (заимствованная из компьютерных наук) заключается в том, что простые единицы, связанные в правильном направлении, могут дать толчок удивительным способностям (памяти, узнаванию, рассуждению). В компьютерных чипах, транзисторах и прочих деталях основные электронные компоненты связаны друг с другом для создания мощных процессоров. В мозге нейроны соединяются и пересоединяются друг с другом. Каждый раз, когда девочка видит свою собаку (виляет хвостом, шоколадно-коричневый окрас), возбуждается определенный набор нейронов; этот поток активности – как река Колорадо у Сеунга. Когда эти нейроны активируются вместе, связи между ними становятся сильнее, образуя память – часть русла реки Суенга, Коннектом, формирующий мысль. Понятие глубоко нелогично: совершенно естественно думать о сети, функционирующей, как речная система, набор потоков, которые могут нести сообщения, но довольно странно предположить, что есть части русла реки, которые кодируют «Лабрадор ретривер».

Типичный нейрон человека имеет тысячи соединений; нейрон может быть толщиной в  одну десятитысячную миллиметра и тянуться с одной стороны головы на другую. Только однажды ученым удалось создать полную карту электрических связей животного – прозрачный червь под названием C. Элеганс, один миллиметр в длину, всего 302 нейронов – и работа, требующая проявления потрясающий решимости. Начатая в 1970 году и возглавленная лауреатом Нобелевской премии из Южной Африки Сиднеем Бреннером, она потребовала тщательной нарезки червя на тысячи частей, каждая – в тысячную долю ширины человеческого волоса, для фотографирования под электронным микроскопом.

На этом легкая часть исчерпана. Чтобы вытащить схему подключения из массива образов, потребовалось идентифицировать каждый нейрон, а затем исследовать его сечения – задача сродни отслеживания полной длины каждой пряди макарон в миске спагетти и фрикаделек, используя ручки и тысячи размытых черно-белых фотографий. Для C. Элеганс только этот процесс потребует более десятка лет. Когда Сеунг начал, он прикинул, что одному исследователю потребуется примерно миллион лет, чтобы закончить кубический миллиметр коры головного мозга человека – это означает, что трассировка всего человеческого мозга потребует примерно одного триллиона лет труда. Небольшая помощь не помешает.

В 2012 году Сеунг основал EyeWire – онлайн игру, которая бросает вызов общественности, чтобы проследить связи нейронов – теперь с помощью компьютеров, а не ручки – в сетчатке глаза мыши. Алгоритмы искусственного интеллекта Сеунга обрабатывают сырые изображения, а затем игроки зарабатывают очки, когда отмечают, в стиле раскраски, ветви нейрона через трехмерный куб. Игра привлекла 165 000 игроков в 164 странах. В сущности, Суенг применяет искусственный интеллект как мультипликатор силы для глобальной, исключительно добровольческой армии, в которую наравне с Лориндой, бабушкой из Миссури, входит и Iliyan (ака @ crazyman4865), гимназист из Болгарии, который однажды играл в течение почти 24 часов подряд. Компьютеры делают, что могут, а прочее оставляют тому, что остается наиболее эффективной технологией распознавания шаблонов из когда-либо обнаруженных: человеческому мозгу.

В конечном счете, Сеунг еще надеется, что искусственный интеллект будет в состоянии выполнить всю работу. Но пока он работает над привлечением большей помощи. В августе крупнейшая в Южной Корее телекоммуникационная компания объявила о партнерстве с EyeWire и начала национальную рекламную кампанию для привлечения игроков. В ближайшие несколько лет Сеунг надеется пойти дальше и увлечь компанию превратить EyeWire в игру с персонажами и сюжетной линией, чтобы люди играли чисто для удовольствия. «Подумайте о том, что мы могли бы сделать», – говорит Сеунг, – «если бы нам удалось захватить даже малую часть умственных усилий, что идет в Angry Birds».

Исследовательский кампус Джанелия примечателен змеевидным «ландшафтным строением», возведенным на склоне холма к северо-западу от Вашингтона. Объект, который финансируется Медицинским институтом Говарда Хьюза, длиной около 1000 футов, с наружными  стенами из стекла. С вершины холма вы вряд ли увидите это здание за $ 500 млн, за исключением пары металлических башен и скромной стеклянной входной группы.

Этим летом я наведывался в Джанелия для встреч с Сеунгом, расхаживавшем в серой рубашке-поло, синих шортах и паре Crocs. Он находился там для обсуждения возможного сотрудничества и изучения технологий, разрабатываемых другими исследователями области. Там же Себастьян представил меня Гаральду Гессу, признанному гению в создании новых научных инструментов. (Гесс помогал построить прототип микроскопа с предельным разрешением в своей гостиной – того самого, что принес Нобелевскую премию давнему коллеге в этом году). Гесс провел нас вниз по широкому коридору, потолок которого был увешан трубами, а вдоль стен стояли поддоны с фруктовой пищей для мух. Он отпер дверь, а затем подтолкнул Сеунга в комнату с белыми пластиковыми шторами, свисающими с 20-футовых потолков. Он оторвал одну ленту липучки и сказал: «Это – наша комната-доказательство «Божьего промысла».

В комнате находилась пара неповоротливых бежевых устройств, с надписью “MERLIN” черными буквами – части новой системы построения изображений мозга. Система сочетает в себе нарезку и обработку изображений: электронный микроскоп делает снимок образца мозга сверху, затем пучок ионов движется по этой поверхности, испаряя материал и выявляя следующий слой ткани мозга для микроскопа. Это, однако, «чувствительный к температуре зверь», говорит Шан Сю, ученый из Джанелия. Если комната нагревается хотя бы на долю градуса, металл может незаметно расшириться, наклоняя поток ионов, разрушая образец и вынуждая команду начать все сначала. Сю был как-то в паре дней от  завершения месячного проекта, когда июльская жара вызвала сбой в работе кондиционера. Все результаты работы были утеряны. С тех пор Сю разработал сложные сейфы, в том числе систему, которая может (и делает) разбудить его в середине ночи; Джанелия также инвестировала несколько сотен тысяч долларов в резервную систему климат-контроля. «Мы узнали об утилитах больше, чем когда-либо хотели знать», – сказал Гесс.

Здесь, в Джанелия, наука Коннектома столкнется с самым взыскательным тестом. Джерри Рубин, директор Джанелия, и его команда надеются создать полный каталог изображений мозга плодовой мушки с высоким разрешением через год или два, и полностью проследить схему подключения в течение десяти лет. Рубин – ветеран картирования генома и видел, как технологические достижения актуализировали проект, который критики изначально высмеяли как чрезмерно трудный и дорогостоящий. Он держит пари, что история Коннектома будет следовать той же стезе. Кен Хейворт, ученый в лаборатории Гесса, разрабатывает способ аккуратно вырезать кубики из мозга; он называет его «горячий нож». В других лабораториях Джефф Лихтман из Гарварда и Клей Рид из Allen Institute for Brain Science строят свои собственные сверхбыстрые системы визуализации. Дэнк, давний соратник Сеунга в Гейдельберге, в настоящее время работает над новым устройством для нарезки и изображения всего мозга мыши, по масштабу значимости на порядки больше, чем все, что было апробировано на сегодняшний день. Сеунг тем временем улучшает программное обеспечение отслеживания и готовится к новым экспериментам – со своим наставником Тэнком и Ричардом Аксель, лауреатом Нобелевской премии из Коламбии – найти воспоминания в Коннектоме. Тем не менее, Рубин признается: «если мы не можем сделать муху за 10 лет, нет никакой надежды для нас».

В конце долгого дня Сеунг и я сидим на паре синих барных стульев, жуя арахис и потягивая пиво в кафетерии Джанелии. Сеунг чувствует себя ошеломленным. Даже в Janelia, которая планирует потратить около $ 50 млн и имеет одних из лучших создателей исследовательской техники на планете, создание Коннектома плодовой мушки займет десятилетие. Плодовая муха! Будет ли он жив, чтобы увидеть первый человеческий Коннектом? «Вполне возможно», – говорит он, – «если мы предположим, что я тренируюсь и правильно питаюсь».

Много лет назад Сеунг председательствовал на свадьбе своей лучшей подруги, и во время речи он сказал собравшимся: «Мой отец говорит, что успех не достигается за одно поколение». Когда он стал старше и имел собственного ребенка, он почувствовал изменение своей точки зрения. Когда Сеунгу было 20, наука для него состояла в решении головоломок, вариаций математических задач, которые он разгадывал для удовольствия, как ребенок в своей комнате, по субботам после футбола. Теперь он находит большое удовлетворение в поощрении молодых ученых, помогая им избежать тупиков, уже изученных им. Он хочет сделать что-то, что позволит сообществу прогрессировать, чтобы построить «прочный фундамент, трамплин, в котором следующее поколение может быть уверено».

Территория Джанелии навевает монастырский дух, и во время разговора с Сеунгом я не мог не думать о тех, кто построил большие соборы Европы – плотников и каменщиков, кто трудился, зная, что работы будут завершены только после их смерти. Из бара мы могли видеть через стеклянную стену патио с гладкими скалами реки. «Я не знаю, как много я совершу в своей жизни», – говорит Сеунг. «Но мозг является загадкой, и я хочу провести всю жизнь в присутствии тайны. Все просто».

В то время как коннектомика уже набирает обороты, есть первые намеки, что она может представлять интерес для более чем просто монахов-ученых. В сентябре на конференции Brain Initiative в здании Эйзенхауэра на территории Белого дома было объявлено, что Google начал свой собственный проект Коннектома. Том Дин, научный сотрудник Google и бывший председатель департамента компьютерных наук университета Брауна, сказал мне, что он собрал команду, чтобы улучшить искусственный интеллект: четыре инженера в Маунтин-Вью, штат Калифорния, и группу с базой в Сиэтле. Для начала, сказал Дин, Google будет работать наиболее тесно с институтом Аллена, который пытается понять, как мозг мыши обрабатывает изображения, поступающие от глаза. Также Дин отмечает, что они хотят служить в качестве координационного центра для Сеунга и других, применяя различные варианты искусственного интеллекта изображений головного мозга из разных лабораторий, чтобы увидеть, что работает лучше всего. В конце концов, Дин надеется создать Google Earth мозга, соткав воедино много различных видов карт, на многих уровнях, что позволит ученым видеть весь мозг, а затем увеличить его, чтобы наблюдать активность одного нейрона, «как молнии во время грозы».

Сейчас стало возможным увидеть благотворный цикл, который может создать Коннектом. Искусственный интеллект, используемый как в Google, так и в EyeWire, известен как глубинное обучение, поскольку перенимает основные принципы функционирования сетей нейронов. За последние несколько лет глубинное обучение стало драгоценным коммерческим инструментом, принесшим неожиданные скачки в распознавании изображения и голоса, а теперь оно  привлечено для картирования мозга. Это может, в ближайшие десятилетия, привести к более глубокому пониманию нейронных сетей и улучшению самого глубинного обучения. Усовершенствование глубинного обучения, в свою очередь, может быть использовано для ускорения отображения и понимания мозга, и так далее.

Тем не менее, тень Борхеса остается. Первый Коннектом Проект начался в 1960-е годы с той же догадки, которая позже двигала Суенгом: Сидней Бреннер хотел найти способ понять, как поведение возникает из биологической системы и думал, что создание полной карты нервной системы животного будет иметь решающее значение. Бреннер избрал червя C. Элеганс для простоты;  он небольшой и хорошо смотрится в лабораторной чашке. Полученные результаты были опубликованы в 1986 году в целой книге, заняв весь выпуск Философских трудов Королевского общества в Лондоне, старейшем научном журнале, площадки для молодого Исаака Ньютона. Биологи были потрясены и до сих пор иногда называют этот 340-страничный выпуск журнала «Книгой».

Тем не менее, почти три десятилетия спустя, схема Бреннера продолжает мистифицировать. Ученые примерно знают, что делают отдельные нейроны C. Элеганс, и могут сказать, например, какой нейрон активируется, чтобы отправить червя извиваться вперед или назад. Но более сложные вопросы остаются без ответа. Как червь запоминает? Что является постоянным в сознании червей? Что делает каждого червя индивидуальностью? Частично эти разочарования являются проблемами технологии, которая сделала отображение Коннектома таким обременительным, что до недавнего времени никто не помышлял делать больше. В науке создание первой карты является большим достижением, но гораздо более полезно иметь 10 или миллион карт, которые можно сравнить друг с другом. «C. Элеганс был классическим случаем сильного опережения своего времени», – говорит Джерри Рубин из Джанелии.

Трудности интерпретации Коннектома червя также могут быть связаны с тем, что было особенно сложно увидеть связи червя в действии для измерения активности его нейронов. Без достаточных данных о деятельности, схема связей будет принципиально непостижимой – проблема сродни попытке прочитать иероглифы Древнего Египта до Розеттского камня с его параллельным текстом на древнегреческом языке. Коннектом не ответ, но ключ, как иероглифическая стела, вырытая из песка – обещает проникновение в империю, но, к сожалению, не дает ключа.

В 2000 году президент Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр провели пресс-конференцию, чтобы объявить полный проект генома человека, который Клинтон назвал «наиболее невероятной картой, когда-либо созданной человечеством». Карта действительно оказалась полна чудес – современная биология была бы невозможна без нее, – но с течением времени также стало ясно, как несовершенна эта картография. Проектом генома определены примерно 20000 генов, но клетки также используют систему переключателей, которые включают и выключают гены, и эта система, называемая эпигенетикой, определяет, какую работу может выполнять клетка, и каким болезням может быть подвержен человек. По последним оценкам, количество коммутаторов исчисляется сотнями тысяч, возможно, миллионов. Международный консорциум в настоящее время пытается сопоставить эпигеном, и никто не может сказать, когда он будет закончен.

Ева Мардер, известный нейробиолог университета Brandeis, предостерегает от слишком высоких ожиданий от Коннектома. Она изучает нейроны, управляющие желудками крабов и омаров. В этих относительно простых системах из 30 или около того нейронов, она показала, что нейромодуляторы – химические вещества, которые курсируют в разных регионах головного мозга, выпущенные из статичной карта Сеунга, – могут коренным образом изменить способ функционирования цепи. Если это верно для желудка ракообразных, мозг отказывается осозновать, что может происходить в мозге мыши, не говоря уже о человеческом.

История науки – это повествование, изобилующее персонажами, убежденными, что они нашли путь к пониманию всего, только для того, чтобы Вселенная раскрыла перед ними очередной сизифов поворот. Физики стремились обнаружить базовые составные частицы материи и открыли атомы, а впоследствии обнаружили, что у атомов имеются собственные составные частицы, приведшие нас сегодня к теории струн. После того, как геном передал текст генетического кода человечества, биологи поняли, что наш генетический механизм настолько переполнен обратной связью, и слои построены на слоях, что их работа только начинается. Критики концепции Сеунга видят ее как наивную веру, что он может взобраться на гребень горы перед собой и не найти более внушительные пики за его пределами. «Если мы хотим понять мозг», – говорит Мардер, – «Коннектом является абсолютно необходимым и совершенно недостаточным».

Сеунг соглашается, но никогда не рассматривал это в качестве аргумента для отказа от предприятия. Наука прогрессирует, когда практики находят ответы – это путь славы – но также, когда они делают что-то, на что будущие поколения могут положиться, даже если они принимают это как должное. Этого, по Сеунгу, будет более чем достаточно. «Необходимость», – говорит он, – «по-прежнему довольно сильное слово, не так ли?»

(оригинал статьи: http://www.nytimes.com/2015/01/11/magazine/sebastian-seungs-quest-to-map-the-human-brain.html?_r=1)

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: