Цифровая архитектура разума: ученые воссоздали кору головного мозга в кремнии
Исследователи возлагают большие надежды на сверхреалистичное моделирование мозга, которое в будущем может стать ключом к разгадке природы сознания. Подобные системы не только позволяют детально изучить патологические процессы и нейронные нарушения, но и обладают потенциалом для имитации невероятной сложности человеческого интеллекта.
В недрах суперкомпьютера Fugaku, расположенного на искусственном острове в японском городе Кобе, ряды гудящих серверных стоек выполняют беспрецедентную задачу. Десять миллионов виртуальных нейронов оживают, транслируя электрические импульсы через миллиарды синаптических связей. Так выглядит полностью оцифрованная кора головного мозга мыши.
Уникальность системы заключается в полной управляемости процессом: ученые могут приостанавливать симуляцию, перематывать ее к исходной точке, корректировать параметры и запускать сценарии заново. Это позволяет детально изучать отдельные синапсы и отслеживать, как формируются решения и восприятие в 86 различных областях мозга. Fugaku, способный выполнять 400 квадриллионов операций в секунду, создает своего рода «замедленную съемку» мыслительных процессов, исключая необходимость прямого вмешательства в живой организм.
В недавней научной публикации в материалах конференции SC (International Supercomputing Conference) было доказано, что современные технологии позволяют воспроизвести всю кору мозга на уровне электрической активности отдельных клеток. Опираясь на детальные биологические атласы Института Аллена, команда воссоздала структуру слой за слоем, после чего «оживила» ее в недрах японского суперкомпьютера. Визуализация, подготовленная специалистами из Университета Иллинойса, дает возможность буквально погрузиться внутрь нейронных сетей и наблюдать за их взаимодействием в реальном времени.
Доктор Антон Архипов, ведущий исследователь Института Аллена, подчеркивает, что значимость этого прорыва выходит далеко за рамки простого масштабирования. Главное достижение — в сохранении подлинной биологической архитектуры: специфики соединений и паттернов активности различных типов клеток. Такая точность критически важна, поскольку упрощенные модели часто имитируют правильное поведение, основываясь на ошибочных физических предпосылках. Текущая работа — это фундаментальный шаг к созданию систем, функционирующих по тем же законам, что и биологический оригинал.
Несмотря на очевидную прикладную пользу для медицины, Архипов убежден: модели, базирующиеся на реальной биологии, помогут ответить на фундаментальные вопросы о том, как из хаоса нейронной активности рождаются идеи, восприятие и само осознание.
Синтетическая кора функционирует в соответствии с физическими законами живого мозга. Это не просто абстрактная математическая модель, а биологически реалистичная симуляция, использующая данные анатомии и электрофизиологии реальных тканей. В рабочем состоянии цифровой мозг демонстрирует стабильные ритмы, идентичные тем, что фиксируются у живых подопытных.
«Ключевой результат нашей работы — доказательство технической возможности воссоздания коры мозга с высочайшим пространственно-временным разрешением», — отмечает Архипов. «Это не анимация, а полноценный научный инструмент».
На текущем этапе модель является «доказательством концепции». Хотя ее активность совпадает с биологическими данными, для проведения долгосрочных исследований и тонкой настройки потребуются колоссальные вычислительные мощности. Однако Архипов неустанно подчеркивает: преимущество симуляции в ее абсолютной прозрачности. В отличие от экспериментов на животных, здесь ни один процесс не остается скрытым от глаз исследователя.
Одно из наиболее перспективных направлений — терапия дегенеративных заболеваний. «Мы можем моделировать ранние стадии болезней Альцгеймера или эпилепсии, изменяя связность сети или имитируя гибель определенных типов клеток», — объясняет ученый. Это позволяет увидеть скрытые изменения, которые еще не проявились внешне, и выявить мишени для раннего медицинского вмешательства.
Впрочем, амбиции проекта простираются и в область философии. Исследователи планируют проверить, способна ли система поддерживать автономную внутреннюю активность — нейронные импульсы, возникающие без внешних стимулов. Это ставит перед наукой глубокий вопрос: если цифровая копия памяти может функционировать в недрах компьютера, так ли необходима биологическая основа для существования разума.
По мнению Архипова, кремний может стать вполне естественной средой для сознания: «Все психические явления — это физические процессы. Мне не известны законы природы, которые ограничивали бы возникновение подобных явлений исключительно биологическими системами. Я полагаю, что в будущем аппаратное обеспечение вполне может стать мыслящим и чувствующим существом».
