Wie man ein menschliches Gehirn zu bauen


Henry Markram plant, ein Gehirn von Grund auf neu zu bauen. Neurowissenschaftler am Swiss Federal Institute of Technology, er glaubt die einzige Möglichkeit, wirklich zu verstehen, wie menschliche Gehirne arbeiten – und warum sie oft nicht – zu erstellen, ist es dann zu einer Flut von Experimenten zu unterwerfen.

Markram hat das Human Brain Project um genau das zu tun. Der Aufwand soll Hunderttausende Teile des Gehirns Puzzles zu integrieren, die in den vergangenen Jahrzehnten, von den Strukturen der Ionenkanäle, die Mechanismen der bewussten Entscheidungsfindung in einem einzelnen Supercomputer-Modell von Neurowissenschaftlern entdeckt wurden: ein virtuelles Gehirn.

Wenn der Plan funktioniert, wird dann das resultierende Modell lernfähig und wird nach und nach entwickeln komplexe kognitive Fähigkeiten, ähnlich wie ein menschliches Leben. Noch wichtiger ist, werden seine programmierten Struktur, die Gehirn-Code von the Human Brain Project entwickelt für die Welt Neurowissenschaftler mit zu tun, wie es ihnen gefällt, ob dass es virtuelle x-ray Experimente, mit programmierbaren Entsprechungen von neuen experimentellen Drogen, Überschwemmungen oder stören seine Prozesse auf jeder Ebene und beobachten der Effekte unterwerfen ist verfügbar.

Der Plan ist umstritten; Einige Wissenschaftler glauben, dass es einfach nicht funktionieren, während andere Vorhersagen, dass ein virtuelles Gehirn genauso geheimnisvoll und schwer zu arbeiten als ein reales sein wird. Dennoch, das Human Brain Project ausgewählt wurde als Finalist für die Europäische Union zwei neue Leitinitiativen — pro Stück Wert von 1 Milliarde Euro ($ 1,3 Milliarden) gewährt.

Wenn sie gewinnen, die Finanzierung, was wird Markram und sein Team eigentlich? Wie baut man ein menschliches Gehirn?

"Wir haben bereits Prototypen im Ort, bereit sind, zu erweitern, zu verfeinern und zu perfektionieren," sagte Markram die Geheimnisse des Lebens wenig. Er sagt, dass der Prozess in sieben wichtige Schritte unterteilt werden kann. [5 Fragen für den Mann, plant eine Gehirn]

Gehirn-Mechanik

Zuerst müssen die Wissenschaftler auf das Volumen des Gehirngewebes entscheiden, zu konstruieren, und zweitens müssen sie mathematische Modelle von Neuronen in diesem Band in Übereinstimmung mit den experimentellen Daten aus echten menschlichen Gehirn verteilen.

Als nächstes, sie werde die Modell-Neuronen miteinander verbinden über virtuelle Synapsen – Signal-tragenden Wege. Signal-Geschwindigkeiten sogar eine Exa-Skala-Supercomputer, die 1000000000 Milliarden Berechnungen pro Sekunde ausführen kann, wird die gleichzeitige Verarbeitungsfähigkeiten des tatsächlichen menschlichen Gehirnen zurückbleiben, und so das Modell Gehirn immer Aufgaben und Gedanken in Zeitlupe (bezogen auf uns) zu generieren. [Top 10 Geheimnisse des Geistes]

Der vierte Schritt im Gehirn-Gebäude ist das System hochzufahren. Die Wissenschaftler werden funktionalisieren Modell Neuronen und Synapsen sowie die Gliazellen (nicht-neuronale Gehirnzellen) und Durchblutung durch Computer-Programmierung dieser Komponenten Prozesse. Soll das Verhalten dieser Teile so nah wie möglich an ihre Real-Gehirn-Analoga wie möglich, "meinen wir alle vorhandene Daten in der Literatur und in Datenbanken... die Ergebnisse organisieren und analysieren sie nach Mustern und ihren Wert bei der Modelle immer mehr biologisch genau zu bezeichnen" Markram sagte. Wo die Funktion eines bestimmten Teils des Gehirns für die Wissenschaft noch nicht bekannt ist, die Team-Wissenschaftler werden zusammenarbeiten mit anderen Neurowissenschaftlern um herauszufinden was es ist oder werden in ihre Programme und füllen die Lücken Platzhalter einfügen, wenn sie können.

Als nächstes das Team läuft Experimente auf sein Modell zu überprüfen, ob die Zell-und Synapse und dichten alle experimentellen Daten abgleichen. "Die Modelle dienen, biologische Daten systematisch zu integrieren, und daher erhalten sie nur mit der Zeit immer mehr biologisch genau, wie sie mehr und mehr biologischen Daten berücksichtigen – wie ein Schwamm" Markram sagte. ["Robocopalypse" Menschen auslöschen könnte?]

Virtuelle Realität

Es sei denn, sie mit einer Außenwelt interagieren kann, ist ein simulierte Gehirn nur die virtuelle Entsprechung eines Organs in Formaldehyd schweben. Markram gaben demnach an, der sechste Schritt das Human Brain Project ist das Gehirn mit einer virtuellen Umgebung verbinden und Trainingsprotokolle ausgeführt, so dass das Modell Gehirn lernen und dabei komplexe kognitive Fähigkeiten entwickeln kann.

"Wenn man ein Modell wie dieses baut, muss es noch gelehrt werden, zu spüren, zu handeln und Entscheidungen. Das ist ein langsamer Prozess und extrem leistungsfähige Supercomputer benötigen", sagte er.

Da die Wissenschaftler eine Erwachsene Gehirn entwickeln werden, es muss nicht die Nervenzelle und Synapse-Building-Prozesse durchlaufen, die in der Kindheit auftreten, aber sie haben noch ihr Gehirn über die Wirklichkeit in Reihenfolge für sie sinnvolle Gedanken erzeugen zu unterrichten. Das Gehirn über Interaktionen mit "virtuellen Agenten Verhalten in virtuellen Welten" lernen, sagt Markram.

Und zu guter Letzt die Wissenschaftler entwerfen und führen Experimente auf das Gehirn, in der Hoffnung, alles von den neuronalen Wurzeln des menschlichen Verhaltens auf die Auswirkungen der neuen Drogen auf das Gehirn, um die Ursache eines der lähmenden Krankheiten, die den menschlichen Geist betrüben 560 zu untersuchen.

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