Mozek je se svými miliardami úzce propojených neuronů nejsložitějším orgánem v těle. Vědci se snaží pochopit všechny jeho záhady a každý nový výzkum dává nahlédnout nejen hlouběji do stavby tohoto orgánu, ale otevírá i nové cesty do budoucna. Třeba možnosti nové léčby mozkových chorob.

Jedním z nejnovějších projektů, který má pomoci pochopit všechny záhady lidského mozku, je Human Brain Project – mezinárodní výzkum, na němž se podílejí desítky špičkových vědců z předních evropských univerzit a výzkumných ústavů v čele s École Polytechnique Federale de Lausanne ze Švýcarska.

The project is integrating everything we know about the brain into computer models and using these models to simulate the actual working of the brain .

Cílem je převést všechny údaje, které již o mozku víme, i ty, jež se během projektu podaří objevit, do počítačových modelů. Vědci chtějí v počítači simulovat funkce skutečného mozku. Virtuální modely by se měly týkat všech úrovní mozkové činnosti, od fungování jednotlivých neuronů až po činnost kompletní mozkové kůry.

O tom, že by to znamenalo skutečnou revoluci v lékařství, zvláště pak v neurologii, není třeba dlouze pochybovat. Podobná revoluce by samozřejmě nastala i v rovině informačních technologií. Hranice mezi současným sci-fi a realitou by se začala pomalu vytrácet.

Umělý mozek a umělá inteligence tak, zdá se, už nejsou pouhým výplodem vědecko-fantastické literatury, ale zcela reálným cílem, k němuž současná věda směřuje.

Jak vlastně mozek pracuje? Odpoví na to nový projekt?

Výzvy, kterým Human Brain Project čelí, jsou obrovské. Vždyť vědci působící na poli neurovědy každoročně publikují více než 60 000 původních prací. Projekt si vytkl za cíl z tohoto obrovského množství vybrat, vyhodnotit a následně upravit a sjednotit údaje, které jsou pro další výzkum potřebné.

Porozumění tomu, jak mozek skutečně funguje, bezpochyby přinese další prudký rozvoj medicíny i informačních technologií, které se budou funkcí nejdůležitějšího lidského orgánu inspirovat.

Jeden neuron = jeden notebook

Tím, jak se vědci snaží proniknout stále hlouběji do tajemných zákoutí mozku, narážejí na stále nová a dosud nepoznaná tajemství. Například na to, jak se liší chování různých skupin neuronů v důsledku stimulace elektrickými impulzy a vzruchy.

„Řečeno technickým slovníkem jde o to, které skupiny neuronů se připojují k právě pracujícímu obvodu. Tedy které centrum zrovna řídí danou konkrétní situaci,“ vysvětlují výzkumníci jeden z principů.

V současné době sice již vědci dokážou činnost neuronů částečně simulovat, ovšem simulování funkce jednoho jediného neuronu si vyžádá plný výkon notebooku.

„Při představě miliard neuronů ukrytých v mozkové kůře je jejich simulace zatím technicky neuskutečnitelná. Je to však velká výzva do budoucna,“ dodávají vědci z Human Brain Project.

Jednou z možností, jak tento problém obejít, je vyvinutí nové techniky tzv. multi-level simulace. V takovém případě budou detailně simulovány pouze určité vybrané skupiny aktivních neuronů a na ostatní neurony nebude brán zřetel.

„I tento způsob zjednodušené simulace si však vyžádá počítač tisíckrát silnější, než je nejsilnější počítač současnosti,“ odhadují v projektu zúčastnění počítačoví odborníci.

Lékaři se těší

Funkční simulace mozkové činnosti by se měla stát vskutku revoluční pomůckou při zkoumání neurologických onemocnění. Od interaktivního virtuálního modelu vědci očekávají pokrok v léčení dnes neléčitlených chorob, jakými jsou Alzheimerova či Parkinsonova choroba.

Lékaři potřebují znát mechanismus toho, jak nefunkční neurony či jejich skupiny ovlivňují činnost celého mozku.

Kromě toho si lékaři slibují i pokrok ve výzkumu léků působících na mozek. Počítačová simulace totiž umožní studovat účinky jednotlivých léků na mozkovou činnost nez nutnosti testování na dobrovolnících z řad pacientů.

„Předem by tak bylo možné eliminovat nežádoucí vedlejší účinky či vyvíjet přesně cílené léky na bázi molekul, působících jen na úzce vymezeném prostoru v mozku,“ neskrývají naději lékaři.

Malá spotřeba, vysoký výkon

Stejně nadšení jsou i technici, kteří si často povzdechnou: „Kéž by tak počítače měly sílu a schopnosti lidského mozku.“ Mozek je totiž bez nadsázky stále nejvýkonnějším počítačem na světě. I ten nejrychlejší a nejvíce výkonný počítač je proti němu pouhou hračkou.

Kromě schopnosti značné abstrakce se totiž mozek dokáže sám „opravit“, je schopen absorbovat takřka nekonečné množství informací a bez potíží se přizpůsobuje svému okolí, na které dokáže pružně reagovat.

To vše při spotřebě pouhých 20 wattů. Nejmodernější superpočítače potřebují mnohem vyšší dávku energetické potravy – až 12,5 MW.

Lidé odkojení sci-fi literaturou se bezpochyby těší i na myslící roboty, kteří budou mnohem inteligentnější než jakékoliv „inteligentní“ stroje současnosti. Takoví umělí pomocníci by pak skutečně mohli působit ve velice široké škále oborů, od medicíny přes výrobu až třeba po bydlení či služby.

Vznikne umělý mozek opravdu do 10 let?

Human Brain Project navazuje na práci, kterou v rámci Blue Brain Projectu, který na Ecole Polytechnique Federale de Lausanne ve Švýcarsku vedl od roku 2005 Henry Markram.

Jeho týmu se podařilo vyvinout prototyp zařízení, nástroje, know-how i technologie potřebné pro superpočítač, aby dokázal vytvořit model mozku, a to v kterékoliv fázi jeho vývoje.

„Není nemožné lidský mozek vytvořit. Do deseti let by se to mělo podařit,“ tvrdí sebevědomě Henry Markram. Jeho vidinou je využití tohoto umělého mozku pro léčení duševních chorob.

Blue Brain Project byl primárně zaměřen na zpětnou analýzu mozku savců z dat, která se podařilo získat při laboratorních pokusech a měřeních.

V centru pozornosti výzkumného týmu stály kortikální moduly. Tedy oblasti mozku, jež se u savců v šedé kůře mozkové vcelku pravidelně opakují, mají stejnou mikroskopickou stavbu a vykonávají stejnou funkci.

Mozek jako katalog

„Je to tak trochu jako katalogizace deštného pralesa. Tam také poznáváme, jak jednotlivé stromy fungují, jaký je jejich tvar, funkce, kde jsou umístěny…,“ přirovnává Henry Markram svůj projekt k neméně zajímavému bádání.

Jenže popis deštného pralesa se od zkoumání mozku přece jen liší. Kromě „katalogizace“ jde totiž i o objevení všech pravidel komunikace mezi jednotlivými neurony a o proniknutí do její zákonitosti a odhalení funkčních spojení, jimiž se jednotlivé vzruchy předávají.

Vědci zjistili, že jednotlivé neurony jsou sice odlišné, mají však určité společné vzory lišící se podle živočišných druhů. „I když se velikost mozku jednotlivých lidí může lišit a může mít i odlišné uspořádání neuronů, vždy bude vycházet ze stejné struktury,“ vysvětluje Henry Markram.

Podle vědců je tato struktura specifická pro různé živočichy a je i důvodem, proč spolu jednotlivé druhy nemohou běžně komunikovat napříč živočišnou říší.

Projekt nakonec dospěl k vytvoření softwarového modelu řádově desetitisíců různých neuronů. Vznikl tak model nekortikální oblasti neboli mozkové kůry.

Simulace prozradila mnohé

Díky druhé generaci supervýkonného počítače Blue Gene od IBM bylo možné uměle napodobit činnost mozku. Blue Gene je schopen během jediného odpoledne uskutečnit simulované klinické pokusy na 27 000 000 pacientů, jeho výkon přesahuje 1 petaflop (je tedy schopen uskutečnit jednu biliardu operací za sekundu).

O tom, jak nepředstavitelné to je číslo, svědčí i srovnání s běžnými notebooky. Aby se dosáhlo stejného výkonu, muselo by být použito tolik notebooků, že by v případě naskládání na sebe vytvořily věž o výšce přesahující 2 km.

Simulace začaly vědcům ukazovat, jaké děje se v mozku při vnímání určitých podnětů uskutečňují. „Přenesete do systému vzruch a sledujete jeho odezvu. Ukážete například nějaký obrázek a sledujete, kde se projeví elektrická aktivita,“ popisuje Henry Markram princip výzkumu, na jehož konci má být poznání skutečnosti, jak mozek funguje a vnímá svět.

Američané zveřejnili atlas mozku

*Američtí vědci zpřístupnili na internetu počítačový atlas lidského mozku.

*Doposud tak dokonalá mapa lidského mozku s takovou úrovní detailů neexistovala.

*Projekt vyšel na 55 000 000 dolarů, což je necelá 1 miliarda korun

*Pří vývoji atlasu vědci zkoumali a zmapovali biochemii dvou mozků dospělých lidí.

*Z jejich údajů vyplynulo, že mezi lidskými mozky je překvapivá 94% podobnost.

*V mozku se podle jejich zjištění projevuje nejméně 82 % všech lidských genů.

*Atlas připomíná víceúčelový systém GPS navigace – identifikuje v mozku 1000 orientačních bodů vycházejících z více než 100 000 000 údajů o biochemii každého bodu a genech, které se v něm projevují.

*Atlas je k dispozici na adrese www.brain-map.org.

Více naWeb :Více na Ví: www.humanbrainproject.eu

Co o mozku víme?

Mozek neboli cerebrum je organizačním a řídicím centrem nervové soustavy obratlovců. Z makroskopického hlediska je možné mozek rozdělit na několik částí – koncový mozek, střední mozek, mezimozek, mozeček a prodloužená mícha. Každá z částí obsahuje důležité struktury a je zodpovědná za různé funkce.

Mozek obratlovců vzniká z neuroektodermu, tedy podélného pruhu zárodečného listu, z nějž se vyvíjí nervová soustava. Během zárodečného vývoje se objevují postupně různé oddíly mozku, které sice každá samostatně plní určité úkoly, ale rovněž spolupracují i navzájem.

1. Koncový mozek

Latinský název: telencephalon

Zodpovídá za: řeč, pohyb, vnímání estetických vjemů, pohyb očí

Největší součástí centrální nervové soustavy člověka je mozek koncový. Skládá se ze dvou polokoulí (hemisfér), vzájemně spojených vazníkem (corpus callosum). Hemisféry se od sebe liší již zhruba od 30. týdne těhotenství.

Povrch koncového mozku je asi 2500 cm2 (jako kdybyste si před sebe rozprostřeli čtvercový papír se stranou dlouhou 50 cm), jeho obsah je zvětšován rýhováním, které probíhá již od 3. měsíce po početí. Slavným detektivem Herculem Poirotem proslavené šedé buňky mozkové tvoří spolu s bílou hmotou (axony) hlavní mozkovou hmotu.

Na jejím povrchu se pak rozprostírá většinou 6 vrstev buněk o celkové tloušťce 2–5 mm. Ty tvoří tzv. mozkovou kůru (kortex).

Jak se liší hemisféry?

Levou hemisféru tvoří kratší vlákna a u 98 % lidí je zde centrum řeči, logického a přesného myšlení. Levá hemisféra je také zodpovědná za vůlí řízené obličejové grimasy. Naproti tomu pravá hemisféra se skládá z delších vláken a zpracovává podněty, které mají určitý citový doprovod (například hudbu či jiné druhy umění).

Je důležitá pro představivost a vnímání prostoru. Přestože jsou hemisféry specializované, dokážou v případě nutnosti převzít do 6 let věku činnost hemisféry druhé.

„Víme, že levá hemisféra kontroluje pohyb pravé poloviny těla, zatímco pravá hemisféra pohyb levé poloviny těla,“ popisuje další znalosti o mozkových hemisférách Pierce J. Howard, profesor psychologie na univerzitě v Charlotte v Severní Karolíně v USA. Podle něj se v odlišných reakcích hemisfér při spontánním prožívání dá zjistit, zda je člověk levák či pravák.

Co spojuje vazník?

Corpus callosum neboli vazník mezi jednotlivými částmi mozku tvoří 200 000 000– 300 000 000 vláken. Je to největší a nejlépe organizovaná součást bílé mozkové hmoty. Spojuje nejen pravou a levou hemisféru, ale propojuje i temenní a přední části a různé laloky mozku, čímž umožňuje přenos vzruchů z jedné hemisféry do druhé i jejich součinnost.

V průměrném dospělém mozku tvoří vazník asi 2–3 % všech mozkových nervových vláken. Jeho primární funkcí je integrace senzorických, motorických i kognitivních informací do mozku a zároveň rozdělování úkolů jednotlivým hemisférám.

„Studie rovněž ukazují, že se corpus callosum aktivně podílí na pohybu očí,“ tvrdí některé studie. V této částí mozku se totiž shromažďují informace o (ze??) sítnici (-e?) a očních svalech (-ů?).

2. Střední mozek

Latinský název: mesencephalon

Zodpovídá za: přenos reflexů

Střední mozek umožňuje zprostředkování důležitých reflexů, procházejí jím dráhy vedoucí signály z páteřní míchy do mozkové kůry i směrem opačným. Střední mozek zodpovídá za nepodmíněné pohyby očí, hlavy či celého těla, které jsou vyvolány drážděním sítnic.

Střední mozek sjednocuje i signály zvukové a podílí se na zajišťování stavu lokalizace polohy těla, lokalizace zvukových signálů apod.

Významným zdejším centrem je centrum tzv. strážného (či pohotovostního) reflexu. Je to soubor nepodmíněných reflexů, které se automaticky vybavují náhlými podněty „útočícími“ především na zrak či sluch.

Toto centrum je aktivní i ve spánku a při nadprahovém sluchovém vnímání aktivuje komplex činností vedoucích k okamžitému probuzení.

Když se něco pokazí

Při poškození středního mozku může dojít k obrně okohybných nervů, případně k poruchám mimovolných pohybů očí a svalového napětí. Při přerušení pedunkulu (skupiny neuronů propojujících určité součásti mozku) koncového mozku pak nastávají příznaky spastické (křečové) obrny.

3. Mezimozek

Latinský název: diencephalon

Zodpovídá za: sexuální chování, udržování objemu tekutin, metabolismus tuků a sacharidů

V mezimozku se nachází jedna z nejdůležitějších součástí – thalamus. Právě v něm dochází k přepojování informací přicházejících z „periferie“ těla dále do mozkové kůry. Thalamus tak funguje jako „pošťák“ smyslového vnímání. Při jeho poruše dojde například ke snížení prahu vnímání bolesti.

Thalamus se podílí na stupni bdělosti člověka či na některých vegetativních funkcích. Například zčervenání či zblednutí v obličeji je výsledkem jeho činnosti, stejně jako zrychlení tepu či změny v náladě.

V dětství se většinou projevují bez jakékoliv kontroly, v dospělosti jsou tyto projevy již poněkud tlumeny mozkovou kůrou.

Pád dozadu

Díky thalamu také stojíme či chodíme, protože přenáší vzruchy z mozečku do mozkové kůry. Pokud dojde k poruše v této oblasti, bývá následováno mozečkovou ataxií, specifickou poruchou pohybového aparátu.

Postižený člověk nedokáže stát rovně, kolísá a velice často padá dozadu, jeho pohyby mnohou být pomalé, nekoordinované, špatně směrované či roztřesené. Postižený člověk může také chodit „klikatou“ chůzí, kdy jej tělo nutí uhýbat stále na postiženou stranu.

4. Mozeček

Latinský název: cerebellum

Zodpovídá za: koordinaci jemných, přesných a rychlých pohybů a udržování rovnováhy

Byť hmotnost mozečku odpovídá zhruba 10 % hmotnosti mezimozku a koncového mozku, dosahuje jeho povrch asi 75 % jejich povrchu.

Šedý je strom života

Povrch mozečku je také horizontálně zvrásněn a šedá povrchové vrstva – mozečková – kůra je silně zvrásněna. Její záhyby jsou však naprosto pravidelné a i souběžně orientované. Toto uspořádání tak vytváří Arbor Vitae (a.v.?), strukturu nazývanou strom života.

Činnost mozečku není podvědomá a na rozdíl od mozkových hemisfér kontrolují mozečkové hemisféry vždy tu stranu těla, na které samy leží (pravá pravou a levá levou). Svojí činností ovlivňují i poznávací schopnosti, zpracovávají totiž vizuální informace.

Myšlení a řeč. (?).

Bez mozečku to jde. Ale těžko

Podle vědců není tato součást mozku životně důležitou a lze i bez ní poměrně uspokojivě žít. Existují lidé, kteří se bez mozečku narodili. Pokud však dojde v dospělosti k jeho poškození, může to znamenat vážné a trvalé následky.

Při vážných poraněních selhává motorika a člověk tak není schopen ovládat svaly. „Toho mohou využít například odstřelovači při likvidaci zločinců držících rukojmí,“ říkají policejní zdroje.

Spíše než se zločincem držícím rukojmí se však setkáme s opilcem. I jejich motání a poruchy rovnováhy jsou spojeny s ovlivněním činnosti mozečku.

5. Prodloužená mícha

Latinský název: medulla oblongata

Zodpovídá za: podílí se na regulaci dýchání, krevního oběhu, trávení, nepodmíněných obranných reflexech, mimice a udržuje tělesnou rovnováhu a pohyb

Prodloužená mícha spojuje oddíly mozku „ukryté v lebce“ s páteřní míchou. Sama se jí svojí stavbou podobá, ale zároveň je do ní doslova vnořena celá řada struktur zadního a středního mozku. Z hlediska evolučního vývoje to je nejstarší část mozku.

Uvnitř prodloužené míchy se nacházejí bílá nervová vlákna (axony), ale i šedá hmota mozková, a to v různých seskupeních.

Dýchání, srdce a reflexy

Dojde-li k oddělení prodloužené míchy od zadního mozku (respektive od Varolova mostu, jenž je jeho součástí a na prodlouženou jíchu přímo navazuje), je i nadále zachováno dýchání i krevní oběh. Pokud však je prodloužená mícha poškozena třeba úrazem, pak se okamžitě zastavuje jak srdeční činnost, tak i dýchání.

Prodloužená mícha se, ač se to může zdát podivné, přímo podílí na trávení. Tedy ne že by trávila potravu jako žaludek, ale řídí příjem potravy, její mechanické zpracování, podílí se na nepodmíněných sacích reflexech i na žvýkání a polykání.

Na druhou stranu díky prodloužené míše kašleme, kýcháme a také zvracíme. To vše jsou totiž reflexy obranné, které mají tělo uchránit před poškozením.

Mozek jako nenasytný motor

*Mozek zpracovává – až pětinu krve cirkulující v krevním oběhu

– pětinu dostupné glukózy

– pětinu dostupného kyslíku

*Mozkové buňky začínají odumírat po 5 minutách bez kyslíku

*Každou minutou od srdeční zástavy klesá pravděpodobnost přežití o 7–10 %

*Po 10 minutách je šance na zachování plné funkčnosti mozku takřka nulová

Levák, či pravák?

*„Přibližně 10 % populace jsou leváci as tento podíl je víceméně konstantní v každé generaci,“ tvrdí Pierce J. Howard. Leváctví může vzniknout v důsledku porodu. Levá mozková hemisféra, která ovládá pravou stranu těla, je totiž citlivější na nedostatek kyslíku.

Případné porodní problémy tak mohou způsobit, že se dominance přesune do pravé hemisféry, a člověk bude tudíž lépe vládnout levou rukou.

*Leváci jsou podle statistik sice tvořivější a mají vyšší představivost, lépe zvládají zrakové prostorové i matematické úlohy, ale na druhou stranu je častěji postihují úrazy a nehody. Navíc není snadné fungovat ve světě, který je z 90 % uzpůsoben pro pravoruké používání….

Zvládnou v budoucnu počítače přemýšlet? Zatím to umějí jen trochu!

„… Až za nás budou počítače přemýšlet…“ zpívala v roce 1979 kdysi populární skupina Katapult ve svém hitu Až. Zatím za nás počítače ještě nepřemýšlejí, ale vědci již dokážou některé děje myšlení vskutku podobné v počítačích úspěšně nasimulovat.

Před několika měsíci představila společnost IBM prototyp integrovaných obvodů, k jejichž vývoji technologové čerpali inspiraci ze skutečných funkcí lidského mozku. Neurony a jejich synapse (propojení) je realizováno za pomoci křemíkových obvodů.

Ty nejsou předem nijak naprogramovány, ale jsou schopné „učit se“ a rozhodovat na základě interakce s okolními podněty.

Programování? Ne, učení!

Systémy vystavěné na bázi těchto tzv. kognitivních obvodů schopných určitého „chápání“ a učení se nebudou muset být programované, jako jsou současné počítače. „Budou schopny samy se učit ze získaných zkušeností, dokážou získané zkušenosti zobecnit, hledat souvislosti, vytvářet hypotézy i si pamatovat dosažené výsledky,“ tvrdí Dharmendra Modha, výzkumník IBM.

V rámci výzkumu využívá IBM principy, které jsou již známé z jiných odvětví – z neurologie, z nanovo (??) i z vývoje superpočítačů.

DARPA čeká na SyNAPSE

V rámci výzkumu získala společnost IBM od DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency = Agentura pro výzkum pokročilých obranných projektů) grant ve výši 21 000 000 dolarů na další vývoj inteligentních počítačů.

Finance budou použity na druhou fázi projektu SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics), jehož cílem je vytvořit systém, který dokáže analyzovat složité informace z různých druhů senzorů, ale zároveň bude schopen své reakce přizpůsobovat podle interakce s okolním prostředím.

První vyrobené obvody v současné době procházejí náročným testovacím obdobím. Hlavní výhodou má být úspora energie, flexibilita a schopnost čipu se samostatně přeprogramovat do optimálního stavu ve shodě s okolím.

Robot jako dítě

K osmnáctiměsíčnímu batoleti přirovnávali vědci robota, který se již v roce 2005 podařilo sestrojit americkým technikům z Neurologického institutu v kalifornském La Jolla. Tým pod vedením Jeffa Krichmara sestavil robota, který podle některých jejich kolegů sice připomíná odpadkový koš, místo smetí však v sobě skrývá 20 000 umělých neuronů.

Darwin VII, jak se robot jmenuje, je tak schopen nejen prozkoumávat svoje okolí, ale získané poznatky „nasávat“ a na jejich základě v budoucnu reagovat rychleji a lépe.

Inspirace u opic a potkanů

Darwin VII nechali výzkumníci sbírat rozházené kostky a zkoumat, co je na nich nakresleno. Na monitoru přitom sledovali, jaké „neurony“ robotova umělého mozku se při této činnosti aktivují. Vědcům se podařilo dokonce napodobit činnost „hormonu štěstí“ dopaminu.

Darwin VII byl v případě nalezení pruhované kostky odměněn libým pocitem, což ho povzbuzovalo k vyšší aktivitě při jejich hledání. Již pouhý pohled na kostku s pruhy aktivoval motorické centrum, robot se zkrátka na základě své zkušenosti domníval, že při jejím nalezení získá odměnu v podobě „dopaminu“.

Výsledkem bylo, že se reakční doba při pátrání po kostkách postupně zkracovala. Klíčem k těmto schopnostem je uspořádání umělého mozku. Při jeho tvorbě se technici inspirovali mozky opic a potkanů.

Počítač v roli vědce

Před časem rozvířila vědecké vody zpráva, že autorem vědecké publikace je stroj. Média se sice vyřádila s titulky o robotické budoucnosti a o umělé inteligenci, situace však byla velice prozaická a méně bombastická.

Je logické, že vědci touží po zapojení inteligentních strojů do svých výzkumů. Už jen proto, že stroj se neunaví a dokáže vykonávat i monotónní činnost s neustále stejným nasazením. Robot Adam, jak se autor oné „převratné studie“ jmenuje, umí kultivovat organismy v živných roztocích a umí zaznamenávat, jak který z nich prospívá či jak reaguje na náhle změněné podmínky.

Stane-li se, že v průběhu pokusu narazí na nějakou nečekanou situaci, umí ji analyzovat a vytvořit určitou hypotézu, kterou následně otestuje. To vše zcela sám, bez zásahu lidského kolegy. Vlastně jde o velice pokročilou automatickou laboratoř, ovšem samostatné skutečně vědecké jednání či rozhodování Adamovi ještě chybí.

Zatím. Kromě Adama vyvíjejí vědci jeho „družku“ Evu, která by měla být schopna pátrat po nových chemických látkách.

Jaké jsou první inteligentní čipy?

*První kognitivní čipy IBM neobsahují žádné biologické prvky

*Využívají výhradně technologie na bázi křemíku.

*Nyní jsou testovány dva typy obvodů, oba s 256 neurony.

*Prototypy jsou vyrobeny 45nm SOI-CMOS technologií a dokážou uskutečnit 262 144 respektive 65 536 programovatelných synapsí.

*Dlouhodobým cílem je vytvořit čipový systém s 10 000 000 a 100 triliony synapsí, který spotřebuje pouze jednu kilowatthodinu a jehož objem nepřesáhne dva litry.

Pátrání po umělém neuronu

1943

*První model neuronu, tedy buňky s několika krátkými a jedním dlouhým výběžkem, je připisován dvojici Američanů. Warren McCulloch a Walter Pitts vytvořili matematický popis neuronů a ukázali, že neurony je možno chápat jako „logické přepínače“ a že spojením těchto elementárních jednotek je možné postavit zařízení schopné provádět takřka libovolné operace.

1949

Donald Hebb zformuloval tzv. první učící algoritmus (Hebbův). Inspiroval se myšlenkou podmíněných reflexů, které je možno pozorovat u živočichů. Na tomto základě byl v roce 1951 sestrojen první předchůdce „neuropočítačů“ – Snark.

Dokázal sice automaticky adaptovat váhy a byl i technicky zajímavý a úspěšný, ale nikdy nebyl skutečně využit. „Vznikl jen proto, aby existoval,“ tvrdí současní technici.

1958

Frank Rosenblatt zobecňuje model neuronu na tzv. perceptron, jenž dokázal počítat s reálnými čísly. Jako inspirace mu posloužilo lidské oko. Rosenblatt vycházel z fyziologie sítnice, která obsahuje čidla citlivá na světlo, která jsou uspořádána do pravidelné matice.

Výstupy čidel pak pokračují do specializovaných buněk, tzv. démonů. Na základě perceptronové sítě sestrojil spolu s Charlesem Wightmanem první skutečný neuropočítač. Mark I Perceptron byl navržen, aby dokázal rozpoznávat určité znaky promítané na světelnou tabuli.

1959

Bernard Widrow a jeho studenti realizovali tzv. ADALINE (ADAptivní Lineární Element), další typ neuronového prvku vycházející z perceptronu. Zásadní odlišnost spočívala v tom, že výstupy z této sítě byly obecně reálné.

Přelom 50. a 60. let

Karl Steinbuch vyvíjí model binární asociativní sítě, která si dokáže vybavit určité události či informace na základě jejich částečné znalosti.

1969

Marvin Minsky a Seymour Papert vyjadřují obavy, že zobecněné modely již dosáhly svých mezí a neuronové sítě tak nemohou nahradit klasické metody, protože s jejich pomocí nelze simulovat všechny logické zákony.

1982

John Hopfield přichází při studiu asociativních sítí na nový model neuronové sítě. Rozpracoval použití energické funkce, která má pro správnou funkci sítě zásadní význam. Hopfieldova síť může být použita jako asociativní paměť, klasifikátor či řešitel optimalizačních potíží.

1982

Teuvo Kohonen formuluje zásady samoregulující se sítě. Základní myšlenka vychází z faktu, že mozek pro uchovávání informace využívá vnitřní prostorovou reprezentaci dat. Data jsou nejprve transformována do vektorů, které jsou posléze zakódovány do neuronové sítě.

1987

V americkém San Diegu se koná první velká mezinárodní konference s výhradním zaměřením na neuronové sítě. Výsledkem jednání je založení mezinárodní společnosti pro výzkum neuronových sítí. Od tohoto roku vzniká ve světě množství zcela nových výzkumných ústavů pátrajících po zákonitostech vzniku „umělého mozku“.

90. léta

Je vyvinuta adaptivní rezonanční síť pro modelování sítí schopných učit se rozpoznávat určité obrazce. ART (Adaptive Resonance Networks) síť je schopna přepínat mezi tvárným a stabilním módem. V tvárném módu se učí nové informace, v módu stabilním s naučenými informacemi operativně pracuje.

Současnost a budoucnost

Technologicky vznikají neuronové sítě, využívající funkce tzv. neuročipů. Na konci výzkumu by měl stát skutečný ekvivalent mozkového neuronu.