Sestrojit umělý mozek je sen mnoha vědců. Jenže právě mozek je asi tím nejkomplikovanějším, co v přírodě vzniklo, takže takový úkol je nesmírně složitý. Přesto existují ambiciózní projekty, které se o jeho splnění snaží.

Takový výzkum má samozřejmě svou logiku. Ve chvíli, kdy vědci budou mít k dispozici fungující model mozku, budou moci lépe simulovat a pochopit jeho činnost. Na tomto základě pak lze i léčit různé choroby, které centrální nervový systém postihují.

Jak z neživého udělat živé

Tak jako biologický život je založen na nesmírně složitém vzájemném působení velkého množství neživých mikroskopických jednotek zvaných molekuly, tak někteří vědci doufají, že z komplexních logických interakcí v počítači může povstat umělý život.

Podstatou analogie mezi oběma světy je to, že všechny logické procesy, které se v počítačích odehrávají, jsou založeny na atomárních blocích dvojkové symbolické algebry.

„Lidé se nespokojí s výrobou života, budou jej chtít vylepšovat,“ podotkl již v roce 1929 mladý irský krystalograf John Bernal (1901–1971).

Tak daleko ještě nejsme, ale některé projekty k tomuto cíli otevírají cestu. Například ten, který nese název SpiNNaker.

Základem všeho je procesor

Duchovním otcem celého projektu je britský počítačový inženýr Steve Furber (*1953). Tento renomovaný expert se v 80. letech minulého století významně podílel na vývoji architektury procesorů, zvané ARM (Advanced RISC Machine).

Tato architektura způsobila v několika směrech revoluci v informačních technologiích. Dnes je zastoupená například v drtivé většině všech vyrobených mobilních telefonů.

Furber ovšem nezůstal u pouhých procesorů. Ve své vědecké práci se snaží propojit kybernetiku a biologii. A právě projekt SpiNNaker je nyní těžištěm jeho činnosti. Za pomoci milionu svých ARM procesorů hodlá sestrojit systém pracující obdobně jako síť neuronů.

Jak vlastně mozek funguje?

Mozek má různé části a každá pracuje trochu jinak. I Furberův model bude takový. Nebude tedy slepě kopírovat současné počítače. Jeden využitý procesor přitom zvládne práci za tisíc neuronů. Při použití zmíněného 1 000 000 procesorů se tak dostaneme k miliardě neuronů.

Lidský mozek má neuronů samozřejmě mnohem více, vědecké odhady míří k počtu sta milionů. Furber a jeho tým tedy počítá s tím, že se mu podaří nanejvýš simulovat práci jediného procenta mozku.

I to by však byl ohromující úspěch, poněvadž i takové množství by badatelům stačilo ke sledování toho, jak se vlastně neurony chovají. Vědcům by se mohlo odhalit třeba tajemství, jakým způsobem ukládáme do mozku informace a hlavně, kde jsou potom tyto informace zakódované.

Směrem k léčbě mozkových chorob

A jak to celé bude fungovat? Podobně jako neuronová síť vypadá i tzv. síť sítí, tedy internet. Stejnou vizáž by měl mít i projekt SpiNNaker. Jednotlivé jeho části budou sice propojené, ale zároveň i autonomní, takže ve chvíli, kdy vypadne část sítě, systém se nezhroutí.

Ostatně v lidském mozku denně odumírají tisíce neuronů, ale na jeho činnosti to není znát. Každé jádro přitom umí rozesílat informace bleskovou rychlostí v řádech milisekund, podobně jako spolu komunikují neurony v živém mozku.

Procesor, který v systému má pracovat, bude podle Furberových představ dvacetijádrový (dnešní počítačové procesory bývají čtyřjádrové). Jedno jádro bude komunikovat s centrem, zbytek bude simulovat činnost neuronu.

Pokud vše proběhne tak, jak si Furber a jeho tým představuje, potvrdí se domněnka, že křemíkové procesory dokážou simulovat lidský mozek, byť vědeckým světem o tom dlouhou dobu šly zpochybňující hlasy.

Kromě toho, že by umělá inteligence udělala rázný krok vpřed, může tento výzkum pomoci lékařům při řešení mozkových dysfunkcí.

Zajímavý projekt z dílen IBM

*Počítače a lidský mozek mají mezi sebou více podobností, než se může na první pohled zdát. Co do výkonnosti a složitosti stavby však mozek i ty nejvýkonnější stroje založené na křemíku stále poráží. Není proto divu, že se vývojáři IBM rozhodli pokročit při napodobování mozku o krok dále a stvořit čip, jehož architektura je inspirována architekturou nervové buňky.

*Jeden z důležitých klíčů k efektivitě mozku spočívá v tom, že každá nervová buňka (neuron) je opatřena dvěma typy výběžků, které distribuují informace, předávané pomocí spojů (synapsí). Dostředivé výběžky, nazývané dendrity, předávají informaci dovnitř buňky, odstředivé, axony, směřují zase z buňky ven.

*Nový čip od IBM má rozlohu několika čtverečních milimetrů. Na něj přiléhá 256 drobounkých drátků napodobujících dendrity (krátké výběžky neuronů) a v pravém úhlu na vůči nim zase drátky napodobující axony (dlouhý neuronový výběžek).

Synapse mezi neurony jsou napodobovány tranzistory o průměru 45 nanometrů. Taková architektura umožňuje, aby byly čipy umístěny mnohem blíže sebe, než je tomu u čipů současných. Čip tak může spotřebovat méně energie a je tak podstatně efektivnější.

*Vývojáři však sami přiznávají, že největším problémem této nové architektury je velikost. Dokud nebude nový počítač obsahovat podobný počet synapsí, než jaký obsahuje lidský mozek, nebude výkon takového počítače příliš odlišný od výkonu standardních počítačů.

Skrytá tajemství neuronů

*Neuron je základní jednotka nervové tkáně. Tyto buňky jsou vysoce specializované, dokážou zpracovávat i reagovat na různé signály. Přenášejí a zpracovávají informace z vnitřního i vnějšího prostředí a tím podmiňují schopnost organismu na ně reagovat.

*Jejich jedinečnost spočívá i v tom, že umí nesmírně rychle přenést informaci. Zde hraje klíčovou úlohu jejich specializovaná cytoplasmatická membrána. V této membráně lze nalézt různé typy iontových kanálů, z nichž jsou některé řízeny chemickou cestou, jiné pro změnu skrze elektřinu.

*Neurony spolu komunikují pomocí vysoce specializovaných struktur zvaných synapse. Akční potenciál šířící se po povrchu neuronu způsobí uvolnění specifických látek, mediátorů (neurotransmiterů), do synaptické štěrbiny, prostoru mezi dvěma neurony.

Mediátor způsobí podráždění chemicky řízených iontových kanálů na membráně druhého neuronu, může tak dojít ke vzniku dalšího akčního potenciálu.