Nórsky neurológ a psychológ Edvard Moser, ktorý je s manželkou May-Britt Moserovou a Američanom Johnom O’Keefom nositeľom Nobelovej ceny za lekárstvo za rok 2014, rozpráva o ich prevratnom objave: prišli na to, akým spôsobom mozog rozpoznáva polohu.
Pokroky v neurovede, vrátanie prepájania počítačov a mozgu, by raz mohli priniesť aj prelom v liečbe vážnych chorôb, vraví profesor Moser, ktorý bol hosťom konferencie Esetu v Aténach.
Ste jedným z objaviteľov špecializovaných neurónov, takzvaných grid cells, ktoré sú v mozgu zodpovedné za určovanie polohy. Aké by mohli byť aplikácie tohto objavu?
Najčastejšie sa výskum mozgu robí s cieľom zlepšiť liečbu mozgových chorôb. Tých je veľmi veľa, keďže zo všetkých známych chorôb môžete nájsť nejaké prepojenie na mozog zhruba u tretiny. S rastúcim vekom sa najčastejšie prejavujú ochorenia ako Alzheimerova či Parkinsonova choroba, aj u mladých ľudí však existuje mnoho duševných chorôb.
Ak lepšie pochopíme, ako funguje mozog, mohli by sme prísť aj na to, v čom je podstata niektorých z týchto chorôb, a vytvoriť alebo zlepšiť liečebné postupy. Druhá oblasť sa týka prepojení medzi mozgom a počítačmi.
V akom zmysle?
Ide o takzvané neural computations. V poslednom období vedci odhaľujú veľmi veľa vecí o tom, ako mozog „ráta“, teda čo robí so všetkými informáciami, ktoré získava z okolia, a tiež, ako ich prepája, aby vykonával pomerne pokročilé operácie. Je to oblasť, v ktorej je možné tvoriť interfacy, prepojenia s počítačmi a počítačovou vedou.
Vlastne tu rôznymi prístupmi riešime podobné problémy. Napríklad ako spoznávame fyzické objekty, ako interpretujeme jazyk, ako sa mozog rozhoduje o tom, čo je najlepšie urobiť v konkrétnej situácii a podobne.
Mozog vs. počítač
Nie je živý mozog „hardvérovo“ príliš odlišný od polovodičového matematického stroja, počítača?
Pravidlá, ktoré spomínané procesy riadia, by mohli byť v mnohých prípadoch veľmi podobné. Často totiž tieto problémy ani nemajú väčší počet možných riešení. Záleží, samozrejme, na tom, akej povahy je ten „podkladový hardvér“, či je to mozog alebo počítač, alebo sieť s prvkami umelej inteligencie.
Nositeľ Nobelovej ceny Edvard Moser. Foto: Eset, Linda Kisková Bohušová
Nositeľ Nobelovej ceny Edvard Moser. Foto: Eset, Linda Kisková Bohušová
Myslím si však, že je tu veľký potenciál, aby sme sa z výskumu mozgu naučili postupy, ktoré potrebujeme pre vývoj počítačov aj na to, aby neurovedci zistili, ako sa problémy riešia vo svete počítačov, a riešenia aplikovali aj na mozog. Umelá inteligencia a neuroveda dlhý čas žili vlastným životom, ale v posledných rokoch sa začínajú približovať.
Nedávny vývoj AI a jazykových modelov priniesol až ohromujúce zistenia, aké podobné môžu byť výtvory AI a výtvory ľudského mozgu.
EDVARD MOSER
Umelá inteligencia je však v dnešnej podobe „iba“ veľkým jazykovým modelom, ktorý generuje pravdepodobné odpovede. Nie je to odlišný koncept ako živý mozog? Pracuje mozog vôbec štatisticky?
Je aj nie je odlišný. Sú tu mnohé podobnosti. Mozog je oveľa pomalší, ale aj tak často funguje v rádoch milisekúnd a mnoho vecí rieši naraz, takže je veľmi efektívny. Podobnosti sú napríklad v tom, že keď trénujete veľké jazykové modely a AI vo všeobecnosti, robíte to tak, že ich nakŕmite veľkým objemom informácií.
A to sa deje aj v ľudskom mozgu. Ten tiež kumuluje obrovské množstvo informácií, zážitkov z minulých rokov. Učíme sa vďaka nim implicitne o štatistických pravidelnostiach, ktoré opisujú svet. A mozog má aj veľmi efektívne spôsoby, ako informácie ukladať a ako k nim pristupovať.
Čo je to neuromorphic computing
Počítač je tým silnejší nástroj, čím viac je zosieťovaný. Ako je to v prípade mozgu?
Vo všeobecnosti mozog funguje tak, že dáva dokopy milióny neurónov, ktoré tvoria rekurentné neurónové siete. V podstate je to podobný princíp, ako keď budujete umelé siete, akurát tie jednotky sú veľmi odlišné.
Nedávny vývoj AI a jazykových modelov priniesol až ohromujúce zistenia, aké podobné môžu byť výtvory AI a výtvory ľudského mozgu. Vedci dnes skúmajú, čo tá podobnosť hovorí o tom, ako získavame informácie zo sveta, napríklad, ako sa učíme jazyky.
Edvard Moser a astrofyzik Garik Israelian, organizátor festivalu Starmus. Foto: Eset, Linda Kisková Bohušová
Edvard Moser a astrofyzik Garik Israelian, organizátor festivalu Starmus. Foto: Eset, Linda Kisková Bohušová
Mozog je tiež zaujímavý tým, že niektoré problémy rieši veľmi efektívne, napríklad potrebu energie má oveľa nižšiu ako počítače. Možno existujú procesy, ktoré by sa dali robiť v počítačoch, ale s biologickými elementmi. Tieto otázky sú základom celej novej oblasti výskumu, ktorá sa volá mozgom inšpirované počítače – neuromorphic computing.
Snaží sa preniesť spôsoby, ako funguje mozog, do počítačov a zlepšiť tak ich fungovanie.
Stephen Hawking vraj povedal, že počítačové vírusy by sa mali považovať za formu života. Mohli by sme to otočiť tak, že mozog je formou stroja, počítača?
V istom zmysle je, používa informácie a vykonáva nad nimi operácie podľa určitých pravidiel, algoritmov, a produkuje výstupy.
Filozofi a mozog?
Ako autora vašej základnej idey, že niektoré mechanizmy sú ľudskému mozgu vrodené, uvádzate filozofa Immanuela Kanta. Asi nebudete súhlasiť s tvrdeniami Johna Lockea, že človek sa rodí ako „nepopísaný list“ a všetko sa musí naučiť.
Presne tak, naše výskumy sú s nimi v priamom rozpore. Ľudský mozog je skutočne usporiadaný, „zapojený“ tak, že vnímame svet určitým spôsobom, z ktorého sa nevieme vymaniť. Priestor, čas, ale aj jazyk môžu byť príkladom.
Immanuel Kant (1724-1804). Flickr, Liz MC
Immanuel Kant (1724-1804). Flickr, Liz MC
Dôvod, prečo sa ako deti učíme jazyky tak efektívne, je pravdepodobne v tom, že práve mladý mozog je na to veľmi dobre pripravený. Dokáže veľmi efektívne rozlišovať štatistické pravidelnosti v reči a ich začať používať.
Táto idea pripomína aj jazykovedca Noama Chomského. Ak by sme porovnali všetky jazyky sveta, stále by mali mnohé znaky spoločné. Aj to je asi prejavom faktu, že mozog je usporiadaný istým konkrétnym a pre človeka typickým spôsobom. A to je v priamom rozpore „tabula rasa“, nepopísaným listom.
Ako bunky spolupracujú
Existuje momentálne v neurovede oblasť, ktorá by riešila podobne zásadné otázky ako váš výskum? Nejakú ďalšiu sadu buniek, ktoré riešia konkrétny problém?
Som si istý, že objavov príde veľa, hoci zrejme nie je až tak veľa typov buniek, ktoré tak špecificky a silno reflektujú nejaký aspekt z vonkajšieho sveta. Grid cells sú asi výnimka.
Ich funkciu viete veľmi ľahko odmerať, nie je pritom ťažké rozlíšiť, či snímate presne grid bunku. Skutočne veľkou otázkou sú však skôr tie „computational“ problémy – čo tie bunky vlastne spolu robia, keď tvoria svoje vzorce?
Som presvedčený, že nás čaká veľký pokrok, hoci presne predpovedať budúcnosť nikdy neviete. A stále robíme len prvé prieskumné „vrty do mozgu“ (po anglicky „scratching the surface of the brain“.)
Ilustračné foto: Lovelorn Poets, Flickr
Ilustračné foto: Lovelorn Poets, Flickr
Vďaka generatívnej umelej inteligencii stroje dokážu simulovať reč. Zložitejšie sa zdá byť simulovať zmysly, napríklad čuch, chuť. Čo o nich a o tom, ako ich vyjadriť vo svete počítačov, vie neuroveda?
O samotných vstupoch do mozgu prostredníctvom senzorického systému vieme relatívne veľa. Pred asi 60 rokmi sa vyprofilovala takzvaná vizuálna neuroveda, ktorá študovala elementy dekódovania informácií.
Neskôr sme získali podobné poznatky aj pre sluch, čuch a chuť. Vieme, že existujú špecializované receptory, ktoré zaznamenávajú rôzne prvky okolitého sveta, premieňajú ich na neurónové signály a z nich sa tvoria v mozgu rôzne mapy.
Toto sú však len začiatky. Keď sa dostaneme do mozgu na vyššiu úroveň kognitívnych procesov, tam sa ako vedci skutočne trápime.
Je nádej na prelomové zistenia aj v tejto oblasti?
To, čo sa teraz učíme, je porozumieť, ako sa informácia ukladá v kolektívnej aktivite buniek. Pokrok je tu veľmi rýchly aj vďaka tomu, že sa objavujú nové technológie, ktoré nám umožňujú skúmať práve aktivitu tisícov buniek v rovnakom čase.
Táto oblasť zrejme ukrýva stopy k poznaniu oveľa širšieho rozpätia kognitívnych funkcií na vyššej úrovni, nielen priestoru a času. Tu nás tiež čaká veľký pokrok.
Alzheimer, jednoduchý problém?
To trochu znie, akoby boli tie „klasické“ aplikácie neurovedy, ako spomínaná liečba Alzheimerovej choroby takmer jednoduché, teda ak uvažujeme o celom tomto spektre problémov.
V istom zmysle môžeme povedať, áno, je to jednoduché zadanie. Vlastne musíte len nájsť, ktoré externé faktory alebo genetické faktory spôsobia, že bunky začnú degenerovať. Znie to jednoducho, ale pokrok zatiaľ nebol veľmi veľký. Na túto chorobu nemáme liek, ale vďaka novým modelom a prístupom vo výskume sú vedci optimistickí.
Vieme, kde sa Alzheimer začína, v časti mozgu, ktorá spracúva priestor a čas, čo sa odráža aj v tom, že sa pacienti často strácajú. Som si pomerne istý, že sa niečo vo výskume Alzheimera podarí. Je len otázka času, kedy nejaký liek príde.
Foto: Flickr, Bradford Timeline
Ako vieme, veda sa nevyvíja lineárne, ale v nerovnomerných krokoch či skokoch, prelomových momentoch. Potom sa zrazu akoby na čas zastaví a jediný spôsob, ako vývojom pohnúť, je len robiť viac výskumu. Ale riešenie iste príde.
Ako neurológ to hovoríte na základe odhadu, presvedčenia? Alebo sa to dá nejako kvantifikovať? Ak napríklad hľadáte liečivá, sčasti je to napríklad otázka hľadania vo veľkom počte možných účinných molekúl, nie?
Nemyslím si, že sa to dá významnejšie kvantifikovať. Možno nejaký vedec náhodou „zakopne“ o mechanizmus, ktorý Alzheimera spúšťa. Hoci pravdepodobne to nie je len jeden mechanizmus, čo vedie k degenerácii buniek.
Možeme pokrok porovnať s výskumom rakoviny, lebo tú vedci skúmajú oveľa dlhšie ako Alzheimera. Mnohé rakoviny mali vysokú úmrtnosť, ale dnes už nemajú, dokonca sú celkom dobre liečiteľné. Vyžiadalo si to však 50 až 70 rokov, kým sme sa sem dostali.
Veda sa nevyvíja lineárne, ale v nerovnomerných krokoch či skokoch, prelomových momentoch. Potom sa zrazu akoby na čas zastaví a jediný spôsob, ako vývojom pohnúť, je len robiť viac výskumu.
EDvARD MOSER
Choroby mozgu sú pre vedu oveľa mladšia oblasť. Navyše, problémom Alzheimera je, že nemôžete obnoviť funkcie, ktoré pacient stratí, potrebovali by ste nové mozgové bunky alebo dokonca nejaký ten počítač. To by ale asi bolo extrémne ťažké, to sa dostávame do skutočnej sci-fi úrovne.
Na druhej strane počítačový svet sa v poslednej dobe aspoň z pohľadu laika stal „dosť sci fi.“
Jedna vec, ktorá je veľmi pravdepodobná, je, že sa dostaneme k užšej a užšej interakcii ľudí a počítačov, ktoré už budeme používať skutočne na všetko možné. A možno v tejto interakcii budú počítače významne pomáhať aj v liečbe chorôb.
Čo však musíme dokázať v liečbe Alzheimera, je zastaviť ho oveľa skôr, ako sa spustí degeneratívny proces. Keďže Alzheimer sa zrejme vyvíja veľmi pomaly, možno aj celé dekády, vlastne máme dosť dlhý čas, kým by sme ho mohli zastaviť alebo aspoň obmedziť.
