นักวิทยาศาสตร์สวิสฯ วางแผนสร้างสมองมนุษย์แบบจำลองของจริง

นักประสาทวิทยาของสถาบันเทคโนโลยีของสวิสเซอแลนด์ หมายสร้างสมองที่จำลองการทำงานของสมองมนุษย์วัยผู้ใหญ่ เพื่อเรียนรู้การทำงานของสมองคนจริง การทดลองยาชนิดใหม่ หาสาเหตุของโรคประหลาด

29 ก.พ. 2011 - เว็บไซต์ Life's Little Mysteries รายงานเรื่องนักวิทยาศาสตร์การสร้างสมองจำลองที่สามารถจำลองการทำงานของสมองมนุษย์ได้

เฮนรี่ มาร์แครม นักประสาทวิทยาจากสถาบันเทคโนโลยีของสวิสเซอแลนด์ต้องการสร้างสมองจำลองนี้ขึ้นมาโดยเชื่อว่าเป็นวิธีเดียวในการทำความเข้าใจการทำงานของสมองมนุษย์ ซึ่งยังเป็นเรื่องที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เองก็ยังไม่สามารถหาคำตอบได้ทุกเรื่อง วิธีการที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจคือการสร้างสมองขึ้นมาเอง

มาร์แครม เสนอแผนโครงการที่ชื่อว่า "Human Brain Project" โดยเป็นความพยายามนำชิ้นส่วนปริศนาในเรื่องสมองของมนุษย์ที่นักประสาทวิทยาศึกษามาได้ในช่วงไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา มาประกอบเข้าด้วยกัน ตั้งแต่โครงสร้างของช่องไอออน (ion channels) กลไกของจิตสำนึกที่ใช้ตัดสินใจเรื่องต่างๆ ไปจนถึงกระทั่งโมเดลของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ทำให้กลายเป็นสมองเสมือนจริง (virtual brain)

หากแผนการสร้างสำเร็จ โมเดลสมองนี้จะมีความสามารถในการเรียนรู้และจะสามารถพัฒนาการคิดเชิงซับซ้อน ได้เช่นเดียวกับมนุษย์ ที่สำคัญกว่านั้น โครงสร้างโปรแกรมที่เรียกว่า 'รหัสสมอง' ซึ่งพัฒนาโดย "Human Brain Project" จะถูกเผยแพร่ไว้ให้นักประสาทวิทยานำไปใช้ได้ตามประสงค์ ไม่ว่าจะเป็นการทดลอง x-ray เสมือนจริง การใส่โปรแกรมที่เทียบเท่ากับยาทดลองใหม่ หรือทดลองหยุดกระบวนการทำงานส่วนใดส่วนหนึ่งแล้วดูผลของมัน

แผนการนี้เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ มีนักวิทยาศาสตร์บางส่วนคิดว่ามันคงไม่สำเร็จ ขณะที่อีกส่วนหนึ่งคิดว่าตัวสมองเสมือนจริงนี้เองก็จะดูลึกลับและยากจะเข้าใจไม่ต่างจากสมองจริง อย่างไรก็ตาม "Human Brain Project" ก็ได้รับเลือกให้เข้ารอบสุดท้ายโครงการ Flagship initiative ของสหภาพยุโรป ซึ่งมีเงินทุนให้ 1 พันล้านยูโร ต่อชิ้นงาน

และถ้าหากพวกเขาได้รับเงินทุนแล้ว มาร์แครมและลูกทีมจะทำอะไร จะสร้างสมองของมนุษย์ขึ้นมาอย่างไร

"พวกเรามีระบบต้นแบบเตรียมไว้แล้ว รอการขยายผล เกลารายละเอียด และทำให้สมบูรณ์" มาร์แครมกล่าว เขาบอกด้วยว่ากระบวนการสร้างสมองมีขั้นตอนหลักอยู่ 7 ขั้นตอน

กลไกสมอง

ขั้นตอนแรกคือ นักวิทยาศาสตร์จะเลือกปริมาตรของเนื้อเยื่อสมองที่จะสร้าง ขั้นตอนที่สอง พวกเขาจะผ่านโครงสร้างเซลล์ประสาทไปตามสมองตามข้อมูลการทดลองที่ได้มาจากสมองคนจริง

ขั้นตอนต่อมาพวกเขาจะเชื่อมต่อเซลล์ประสาทเข้าด้วยกันผ่านจุดประสานหรือไซแนปส์ (synapses) ซึ่งเป็นทางผ่านสัญญาณประสาท สำหรับความเร็วของสัญญาณแล้ว แม้กระทั่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ขนาดเอ็กซ่าสเกลซึ่งมีความเร็วในการคำนวน 1 พันล้านล้านครั้งต่อวินาที ก็ยังไม่สามารถเทียบได้กับความสามารถในการประมวลผลของสมองมนุษย์ ดังนั้นแล้วสมองจำลองตัวนี้จะทำงานและสร้างความคิดขึ้นมาได้อย่างเชื่องช้า (เมื่อเทียบกับสมองของมนุษย์เรา)

ขั้นตอนที่สี่คือการเปิดระบบของสมองขึ้นมา นักวิทยาศาสตร์จะเปิดการทำงานของสมองจำลองนี้ทั้งในส่วนของเซลล์ประสาท จุดประสานเซลล์ประสาท รวมถึงเกลียเซลล์ (เซลล์สมองส่วนที่ไม่ใช้เซลล์ประสาท) และการไหลเวียนของเลือดด้วย โดยอาศัยคอมพิวเตอร์ในการควบคุมการทำงานของชิ้นส่วนเหล่านี้ มาร์แครมบอกว่า เพื่อให้พฤติกรรมของชิ้นส่วนเหล่านี้เข้าใกล้สมองจริงมากที่สุด "พวกเราได้ขุดคุ้ยหาอ่านข้อมุลงานวิจัยทั้งหมดในฐานข้อมูล จัดระบบผลลัพธ์ และวิเคราะห์ผลของมันออกมาเป็นแบบแผน และข้อมูลพวกนี้ก็มีประโยชน์ในการทำให้ตัวสมองจำลองนี้มีความแม่นยำในเชิงชีวภาพมากขึ้น"

สำหรับในส่วนของสมองที่นักวิทยาศาสตรืยังไม่สามารถค้นพบได้ว่าใช้ทำอะไร ทางทีมงานก็จะร่วมมือกับนักประสาทวิทยาจากที่อื่นในการให้คำตอบ หรือไม่เช่นนั้นก็ใส่เป็นช่องว่างไว้ก่อนในโครงการและจะเติมเข้าไปเมื่อสามารถหาคำตอบได้

จากนั้นทีมงานก็จะทดลองโมเดลสมองจำลองนี้เพื่อตรวจสอบว่าประเภทและความหนาแน่นของเซลล์และไซแนปส์ตรงกับค่าการทดลอง "สมองจำลองนี้จะต้องมีข้อมูลทางชีวภาพเป็นระบบเพื่อที่มันจะมีความแม่นตรงทางชีวภาพมากขึ้น เมื่อถึงเวลาที่มันได้รับข้อมูลทางชีวภาพเพิ่มขึ้น เหมือนกับฟองน้ำ" มาร์แครมกล่าว

โลกเสมือนจริง

หากว่าเจ้าสมองเสมืองจริงนี้ไม่สามารถปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอกได้แล้ว มันก็ไม่ต่างอะไรกับแค่ชิ้นส่วนอวัยวะที่แช่อยู่ในสารฟอร์มาลดีไฮด์ มาร์แครมจึงบอกว่า ดังนั้น ขั้นตอนลำดับที่หก คือการใส่ระเบียบบันทึกการเรียนรู้ (training protocols) เพื่อที่สมองจะได้เรียนรู้และพัฒนาความสามารถในการคิดเชิงซับซ้อนได้

"เมื่อเราสร้างสมองนี้ขึ้นมาแล้ว มันก็จะได้รับการสอนเรื่องการรับสัมผัส การกระทำ และการตัดสินใจ นี้เป็นกระบวนการที่ช้าและต้องการซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ที่ทรงพลังมาก" มาร์แครมกล่าว

เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ต้องการสร้างสมองของผู้ใหญ่ มันจึงไม่ต้องมีกระบวนการสร้างเซลล์ประสาทและไซแนปส์ ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงวัยเด็ก แต่พวกเขาก็ยังจะสอนสมองเหล่านี้ในเรื่องโลกความจริงเพื่อให้มันสร้างความคิดที่มีความหมายออกมาได้ มาร์แครมเปิดเผยว่าสมองจะเรียนรู้ผ่านปฏิสัมพันธ์กับ 'ตัวกระทำเสมือนจริง' ที่อยู่ในโลกเสมือนจริง

ขั้นตอนสุดท้าย นักวิทยาศาสตร์จะออกแบบและทำการทดลองกับสมอง เพื่อหวังว่าจะสำรวจข้อมุลทุกอย่างได้จากรากฐานทางประสาทวิทยาของพฤติกรรมมนุษย์ ไปจนถึงผลกระทบจากยาชนิดใหม่ที่มีต่อสมอง ไปจนถึงหาสาเหตุของโรค 560 ชนิดที่ส่งผลกระทบต่อจิตใจของมนุษย์

ที่มา:

How to Build a Human Brain, natalie Wolchover, Life's Little Mystery, 29-02-2012 http://www.lifeslittlemysteries.com/2198-build-virtual-human-brain.html