Комментарии 60
Если есть карта нейронов вместе со связями, как далеки учёные от того чтобы все это дело симулировать? Какие проблемы основные?
Если я все правильно понимаю, то биологический нейрон смоделировать очень сложно, а "обычные" нейронные сети пользуются сильно упрощенными моделями. Было бы, конечно, интересно поиграться с полноценной моделью биологического нейрона. Мне попадались статьи, где биологические нейроны подключали к электрическим контактам.
А понятно как работают биологические вентили? Ну ок соеденились 10 нейронов дендритами и аксонами а далее на раздражение куда должен пойти сигнал ?
На сколько понимаю, там на уровне физики эти дендриты многоканальные.
Как-то так:
А еще логические блоки могут быть прям в структуре дендритной сети. Вроде как нашли хардварный детектор совпадений на дендритах.
Гуглите про потенциал действия.
Грубо говоря, должен возникнуть достаточный потенциал в нейроне, чтобы он проблевался нейромедиатором на следующего. Как формируется вклад отдельных предыдущих нейронов с дендритов, чтобы этого потенциала достичь - вам сегодня никто не скажет наверняка. Скорее всего, там дело не в простой сумме входящих потенциалов, и кроме того, какие-то контакты эффективнее (нейропластичность). Может, там примерный аналог компьютерных нейросетей (эффективность передачи сигнала можно условно соотнести с весовым коэффициентом "нейрона" в слое компьютерной нейросети), может (скорее всего) там какие-то задублированные/троированные пути, образующие ваще что-то среднее между вентилями и весовыми коэффициентами. На Хабре проскакивала новость, что доказали какие-то более тонкие сигналы, опосредуемые кальцием.
Но в целом всегда идет сигнал от дендрита к аксону, и так от одного до нескольких нейронов подряд.
"ой все" ©
Почитал более подробно о том как работают нейроны (в том числе и на Хабре есть хорошие статьи), вопрос отпал. Там действительно все сложно. Плюс ещё важны связи, но ещё и состояния нейронов в данный момент. Без этих состояний вроде как нельзя заставить работать организм. Это как иметь полностью работающий компьютер, но с полностью пустой оперативной память.
Огромная ошибка воспринимать всерьез тиражируемое копирайтерами и смями "мозг ита кампуютер".
Если мы говорим о коре мозга и человеке, то это более чем гиблое дело. Мозг развивается поступательно, причем в эмбриогенезе у человека больше нейронов, чем нужно - мозг активно отращивает афференты, и нейроны, не нашедшие вовремя контакта, массово отмирают. Потом идут процессы нейропластичности, обучение, маскулинизация мозга. Это формирует уникальную картину коннектома у каждого человека И память/сознание - это не байты на жестком диске, которые переписал на чистый носитель - и заработало. Именно появившаяся у вас уникальная комбинация импульсов через соединения нейронов, ассоциированная в детстве со словами, запахом, зеленью во дворе и лицом другого человека будет работать всю жизнь, пока на этой цепочке есть потенциал. И если потенциал или сама цепочка каким-то чудом исчезнет - то не восстановится.
Но это все касается коры. Кора есть только у высших животных. А у всяких птиц, рептилий, членистоногих есть только более древние и консервативные структуры. ОЧЕНЬ грубо можно сравнить человека с компьютером с запущенным ЧатГПТ, приматов - с компьютером на DOS, мышь - робота с ARMовским чипом, а нематоду C. elegans с ее тысячей клеток и расшифрованным коннектомом из 302 нейронов - с радиоуправляемой машинкой на рассыпухе. Муха из статьи будет - ну чем-то вроде Ардуино, сложным, но детерминированным по архитектуре организмом. Изучение коннектома такого организма позволит узнать многие сенсорные, рефлекторные пути, четко определить ганглии и скопления нейронов, ответственные за движение, поведение, но никак не приблизят к пониманию мотивации, эмоций, ассоциативного мышления человека. А с человеком все упирается в чисто технические ограничения. Удачи отсепарировать 16 млрд нейронов коры друг от друга, на каждый повесить датчик, записать реакцию каждого на некое предъявляемое событие или воспоминание.
Изучение коннектома такого организма позволит узнать многие сенсорные, рефлекторные пути, четко определить ганглии и скопления нейронов, ответственные за движение, поведение, но никак не приблизят к пониманию мотивации, эмоций, ассоциативного мышления человека.
А смоделировать муху, идентичную натуральной, можно будет? Или хотя бы не муху, а тварь попроще, типа морского огурца.
Смоделировать строение и биологические обратные связи - да, смоделировать поведение - только традиционным биологическим реверс-инжинирингом "отрезать и посмотреть, что перестало работать", а затем заложив это в компьютерную симуляцию.
А еще есть мнение, что структура биологических нервных сетей подобна голограмме, конкретная функция не привязана к конкретным нейронам, а "размазана" по всей системе, и при повреждении основного узла она не прекратится полностью, а деградирует.
И вообще тогда не разберешься... ;)
Конкретные функции - вещь либо очень локальная, вроде сенсорных нейронов, либо достаточно древняя, еще до появления коры (двигательная функция, поддержание равновесия), и поэтому еще как привязана к конкретным нейронам. Ну никуда вы не уйдете в регуляции произвольных движений от нейронов конкретных ядер черной субстанции, бледного шара и таламуса, и этот путь есть и у людей, и у грызунов.
А вот что касается функций коры - там все сложнее, и действительно не привязано к конкретным нейронам, да и не может быть, ибо у каждого человека по-разному формировались эти связи вследствие жизненного опыта. Каспар Хаузер, растя взаперти, не знал, что такое "далеко" и "близко", и пытался взять башенные часы рукой.
Тут важный поинт, сказанный вами - нервная система мухи, и особенно круглого червя -детерменированная штука. Даже отдельные связи между нейронами закладываются вплоть до дендритов при развитии, часто генетически. Есть и нейропластичность и изменчивость, но совершенно не в такой степени как в коре у высших позвоночных. Потому исследовать мозги мух и червяков не так сложно, созданный атлас будет легко применим к особям хотя бы в той же популяции. У позвоночных такого нет - в общем строении нервной системы порядок, но вот на уровне нейронов и глии все уникально, не даром поля Бродмана меряют между разлчиными людьми. Нет такого как у пиявки - "в ганглии (условном) всегда, у всех пиявок, 6 нейронов, инервирующих то-то и то-то и 3 глиальные клетки". Именно кстати потому механизмы памяти впервые подробно изучили на аплизиях - крупных моллюсках, у которых нейроны столь велики, что видны невооруженным глазом, и располагаются совершенно одинаково, с одной и той же функцией, у особей одного вида. их легче изучать.
Кстати, коллега, замечу что у птиц есть паллиум, который в какой-то степени является корой (и вот). У рептилий тоже есть кора, которая даже для чего-то нужна. Вот неокортекса ни у тех ни у других нету.
Да, спасибо за уточнение, я имел в виду неокортекс.
Насчет детерминированности, кстати, это очень важный и одновременно сбивающий с толку людей момент. Огромное значение в формировании организма имеют чисто генетические механизмы или морфологические типа организатора Шпемана, и они дают строгую архитектуру клеток и тканей, а вот чем более развито эволюционно животное и шире функции его мозга, тем больше "свободы" у нейронов. А обывателю все кажется, что мозг - это типа процессора, который можно отштамповать сотни тысяч раз, а значит надо всего лишь скопировать его и распечатать. Даже понимание на собственном опыте, что нейропластичность не позволяет моментально "отрастить" навык, нужны повторения и подкрепление в течение времени, не убирает у людей желания представить мозг как флешку, на которую можно записывать, был бы юсб-порт.
вероятно один из общих принципов применимых ко всем живым системам - "if you don't use it, you lose it", тогда применительно к соединению нейронов получается в первом приближении мозг формируется уникальным личным опытом из заготовки полученной при рождении, другое дело что заготовки тоже уникальны
Они там, как оказалось, не просто уникальны, а ещё и дополнительно рандомизируются в начале развития, так что с технической реализацией фантастической идеи "переписываем память в клона" возникнет ооочень много проблем...
Они там, как оказалось, не просто уникальны, а ещё и дополнительно рандомизируются в начале развития,
И в чем тут сложность? Ну инициализируются они случайными значениями, ну имеют некоторые индивидуальные параметры или по вашему там все было по другому?
"переписываем память в клона" в цифрового только.
Птицы птицам рознь, вороны весьма умны. И даже отсутствие неокортекса им, кажется, не мешает.
Ну C.Elegance стимулировали и не раз, есть и браузерная симуляция, и для Ардуино мозг роботу.
В данном случае надо придумать как органы чувств засовывать в муху, всё таки глаза это не кожа червя.
Вероятно в течение года сделают, если уже нет.
UPD: https://neurokernel.github.io/
Они разобрали компьютер, нашли процессор, память, питание, смогли понять как это всё устроено на уровне логических элементов и транзисторов, но совершенно не имеют никакого понятия о том, что для работы это всего нужно какое-то ПО.
Хочу добавить. Мне кажется, что отдельную сложность к симуляции добавят всевозможные процессы биохимической природы: реакция на сигнальные молекулы, эпигенетические эффекты, воздействие локального кровотока и т.д. Первое что пришло на ум это реакция нейронов на тысячи пахучих молекул. Ведь мы умеем дифференцировать множество запахов.
Вообще коннектом вроде еще в прошлом году получили. Уже есть пару статей по симуляции, например где активировали нейроны ответственные за вкусовые рецепторы, при этом активировались нейроны ответственные за чистку усиков (т.е воспроизводилось биологическое поведение ).
Основная проблема: Финансирование!
Все эти проекты по типу плодовой мухи направлены в первую очередь на перекладывания денег с одного кармана в другие.
Потому что хоть мы и знаем как выглядят нейроны и понимаем принцип, мы не можем определить алгоритм работы самих нейронов, это живые клетки, и просто симулировать их не получится, там слишком много механизмов, симуляция одного нейрона в полной комплектации будет сложна, а чтоб поигратся с такой сетью нужно пару десятков тысяч нейронов, это слишком ресурсоемко и нет даже алгоритмов как это все реализовать, нам известен лишь сам принцип нейросетей, но как они устроены на самом деле неизвесно до конца, это как если ребенок понимает что машина ест бензин и едет, а как она там устроена внутри и почему втулки делают из особой закаленой стали он не птнимает
А ведь у насекомых нету ведь мозга, у них ганглии. Или я заблуждаюсь?
Да, у них "распределенная" система микромозгов, то есть ганглий с "отказоустойчивостью", работающих автономно.
Читал, что удаление отдельных ганглий может не приводить к гибели насекомого, насекомые очень живучие.
Грибовидные тела насекомых это в какой-то степени эквивалент головного мозга позвоночных, но очень условный. Очень по разному развивается. Когда разошелся общий предок - нервная система была рассыпной, в виде отдельных клеток или маленьких групп клеток во всех частях организма.
Шесть нобелевок человекам, и ни одной премии мухе! А ведь она жизнь на это дело положила...
Лабараторной крысе уже есть
Её оцифровали, теперь она будет жить вечно!
Да, как и ADAM - безымянный осужденный к смертной казни, завещавший свое тело науке, подвергнутое микротомированию и съемке, полученные изображения в свободном доступе.
Visible Human Project
The Visible Human Project
Photos
Photo
Прелестно, теперь и в симуляции от них не скроешься!
Короче муха, это чуть меньше LLaMA 7B.
10 параметров на синапс
В биологических нейронах синапсы очень динамичны и способны выполнять более сложные функции, чем простой вес в нейронной сети, поэтому, по очень грубому правилу, для точного моделирования каждого биологического синапса может потребоваться несколько искусственных параметров. Предположим, что для моделирования сложности синапса и его пластичности потребуется не менее 10 параметров на синапс.
50 миллионов синапсов × 10 параметров на синапс = 500 миллионов параметров
10-кратный множитель
Биологические нейроны гораздо сложнее, чем искусственные «нейроны» в нейронных сетях. Они не просто суммируются и активируются, они интегрируют различные сигналы во времени, имеют пики и взаимодействуют таким образом, что современные ANN не могут полностью воспроизвести их. Поэтому, чтобы учесть эту дополнительную сложность, мы можем предположить еще один 10-кратный множитель поверх синаптических связей.
500 миллионов параметров × 10 = 5 миллиардов параметров
С количеством синапсов неувязка. У человека на каждый нейрон приходится от 100 тыс до миллиона связей. При общем количестве нейронов до 150 млрд. В статье же, если разделить приведённое количество связей на количество клеток получится порядка 10 тыс связей. А у мух вообще 100.
Интересно, это мозг одной мухи, или делали срезы с разных мозгов, и компилировали результаты?
Мне пожалуй даже интереснее всего в этой новости, это чем и как они сделали столько тончайших срезов. Вроде мономолекулярные лезвия пока не придумали.
А так, надеюсь, к 2077 году эти исследования приведут таки к созданию имплантов вроде сандевистана)
чем и как они сделали столько тончайших срезов
Каким-то из видов микротома.
Что значит:
заполнить данными 100 обычных ноутбуков
Почему не написать в гигабайтах? Что за популизм?
Обычный ноутбук может быть с SSD на 256 Гб, а может иметь HDD на терабайт.
Это стандартный приём, когда статья нацелена на полных профанов. Автор подозревает, что они что такое метр и байт не знают. Вот и получается, что общая длина всех нейронов - 7 футбольных полей, количество нейронов равно количеству зёрен в мешке кофе, а вес дисков, нужных для хранения данных больше, чем вес обычного пикапа!
Хорошо, что не написано, что перфолента с этими данными 4 раза обернулась бы вокруг земного шара.
Жаль, никто ему не верил, но захватывало дух От его былин о фее - повелительнице мух. (с) КиШ З.Ы. Ждём дистанционно управляемых насекомых как в Пятом элементе?
Карта всех нейронов в мозге взрослой мухи достойна Нобелевской премии