Cervelli umani e le menti che emergono da loro ci hanno permesso di creare cultura e civiltà. Ma garantire la sopravvivenza di quelle meraviglie (per non parlare della nostra specie), a fronte di assalti tecnologiche e ambientali dipenderà dal modo in cui quelle menti adattarsi. Ci siamo sempre aumentata di fronte a sfide, la creazione di manufatti, dai vestiti ai cellulari per impianti cocleari. Come sempre, la sopravvivenza umana dipende da noi essere sempre più adattabile.
Spostare le funzioni della mente dal cervello ad altri tipi di materiali, altri substrati, per diventare menti-substrato indipendenti (SIM substrate-independent minds), sarebbe un adattamento straordinario.-.-
Alcuni anni fa, ho creato carboncopies.org , un'organizzazione non-profit. Il suo lavoro è quello di supportare il quadro della SIM e dei suoi problemi principali .
Così come potrebbe essere realizzata SIM? Negli ultimi 100 anni, i neuroscienziati hanno imparato come identificare neuroanatomia, di misurare le risposte neurali agli stimoli . Maggior parte della ricerca SIM si basa su questo approccio. Noi lo chiamiamo "emulazione cerebrale totale", un termine che ho coniato nel 2000.
Usiamo la "emulazione" parola perché indica una copia precisa di un cervello specifico, a fronte di "simulazione", con cui si cerca di costruire un modello generale di come qualche pezzo di un cervello (o un cervello intero) di un essere umano o animale potrebbe funzionare. Il Blue Brain progetto è un esempio di simulazione. E 'gestito da Henry Markram presso l'Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna, in Svizzera. Lì, i ricercatori stanno cercando di creare un cervello sintetico di reverse-engineering del cervello dei mammiferi fino al livello molecolare, sulla base di dati statistici di molti animali.
Attualmente, ricercatori più SIM mirano ad emulare le funzioni di base computazionali svolte da elementi del cervello e poi fedelmente reimplementare in altri substrati - al tempo stesso anche ricreare fedelmente applicazione connettività neurale. Tale vasta impresa deve essere suddiviso in pezzi molto più piccoli: ci sono molte cose che dovete sapere. Per esempio, si può ottenere una buona risoluzione sufficiente di neuroni - singoli neuroni elettricamente spiking, neuroni morfologicamente dettagliate o processi molecolari in corso nella sinapsi - per rendere l'emulazione veramente fattibile?
Esplorare queste domande sta già dando i suoi frutti in prodotti reali, come l'impianto cocleare, o il chip di ippocampale introdotta da Ted Berger presso la University of Southern California, Los Angeles. Berger sta cercando di costruire cellule neurali artificiali, inizialmente di agire come una protesi impiantata per le persone che hanno perso le cellule del cervello a malattie come il morbo di Alzheimer.
Siamo ancora a sinistra con una montagna da scalare. Molto di ciò che abbiamo bisogno di capire riguarda neuroni o pezzi di un neurone. Per esempio, il tempo in cui ogni neurone genera un picco di attività elettrica - chiamato un potenziale di azione - sembra essere una moneta chiave del cervello. Che tempo determina se una sinapsi sarà modificato per creare una memoria, quando un muscolo si contrae (abilitazione movimento o parola), e la percezione di stimoli sensoriali come la vista. In altre parole, la temporizzazione determina tutte le interazioni con l'ambiente.
Dobbiamo trovare un hardware e software adeguati per l'esecuzione emulazioni. Abbiamo bisogno di dati su come i neuroni e le sinapsi di interconnessione - il tipo di lavoro in corso di vari "Connectome" progetti. E abbiamo bisogno di registrare la forma delle risposte elettriche durante l'attività in tutto il cervello in modo che i parametri della simulazione può essere sintonizzato correttamente - che noi chiamiamo queste "risposte di riferimento".
La verifica di ipotesi è in corso da vari ricercatori. Per esempio, David Dalrymple è ora in congedo dall'Università di Harvard per lavorare emulare il cervello di Caenorhabditis elegans , un verme nematode che ha solo 302 neuroni. Si vuole determinare la funzione, il comportamento e biofisica di ogni neurone, e mira a costruire una simulazione completa del sistema nervoso della creatura. Ciò dovrebbe fornire preziose informazioni su cosa includere nel emulazione vite senza fine, ea quale livello di dettaglio.
Per quanto riguarda l'hardware, il cervello umano utilizza una rete altamente parallela di miliardi di per lo più inattivi, processori a basso consumo, o neuroni. Una buona emulazione utilizza un substrato simile, come il cervello-come hardware. Un esempio di tale hardware "neuromorfica" è il neurone-come chip sviluppato come parte del multimilionario progetto SyNAPSE dalla US Research Defense Advanced Projects Agency.
Per quanto riguarda il Connectome, la risposta è di guardare la morfologia delle cellule cerebrali e fibre. La microscopia elettronica fornisce la risoluzione di diritto, mentre automatizzato cervello sezionamento e di imaging ci aiuta a sopportare la quantità di dati necessari per mappare un cervello.
L'anno scorso, Kevin Briggman e colleghi del Max Planck Institute for Medical Research di Heidelberg, in Germania, e Davi Bock e colleghi della Harvard Medical School , separatamente, a condizione prove di principio per l'emulazione intero cervello. Essi hanno dimostrato che è possibile ricostruire circuiti neurali da una scansione cerebrale e utilizzarlo per prevedere funzione.
E ci sono le nuove tecnologie in fase di sviluppo, come un "nastro molecolare ticker" lanciato da Kording Konrad presso la Northwestern University di Evanston, Illinois, ei suoi colleghi. Questo dovrebbe allo stesso tempo ci permette di registrare l'attività cerebrale con una risoluzione molto più alta, e registrare l'attività dei neuroni molti altri.
Invece, abbiamo bisogno di descrivere il comportamento di componenti funzionali del cervello e capire come comunicano - utilizzando le conoscenze di oggi e la tecnologia. Abbastanza sorprendentemente, un programma per realizzare l'emulazione intero cervello sta emergendo. Basta seguire la scienza.
