Misteri fungsi otak manusia selalu meresahkan para ilmuwan. Selalu ada upaya untuk meniru otak manusia. Proyek Otak Manusia adalah salah satu upaya tersebut. Pada tahap manakah para ilmuwan berada? Apakah ada keberhasilan?
Otak manusia adalah komputer biologis paling misterius yang kita kenal. Faktanya, kita belum mengetahui cukup banyak tentang hal ini, meskipun para ilmuwan telah berupaya untuk mempelajarinya dengan cara yang semakin canggih selama berabad-abad. Hanya teknologi terkini yang dapat memberi kita pengetahuan nyata yang sebelumnya hanya bisa kita tebak. Hal ini tidak mengubah fakta bahwa kita masih jauh dari kesadaran penuh. Pada tahap manakah ilmuwan modern berada?
Juga menarik: Apa itu jaringan saraf dan bagaimana cara kerjanya?
Istilah "kecerdasan buatan"
Pada tahun 1950-an, ketika istilah “kecerdasan buatan” pertama kali muncul dalam sains dan para peneliti AI berhasil membuktikan bahwa Anda dapat mengajarkan mesin untuk melakukan hal-hal yang tidak dapat Anda lakukan sendiri, mereka sangat antusias dengan hal tersebut. Kemungkinan sederhana bahwa sebuah mesin dapat belajar, membuktikan teorema matematikanya sendiri (hal ini dilakukan, misalnya, dengan program Logic Theorist yang dikembangkan pada tahun 1955 oleh Allen Newell dan Herbert Simon), atau bermain catur dan mengalahkan manusia (program oleh Arthur Samuel, seorang insinyur IBM, yang kemudian menjadi profesor di Universitas Stanford), membuat dunia ilmiah percaya bahwa simulasi lengkap otak manusia hanya tinggal beberapa tahun lagi.
Puluhan tahun telah berlalu, dan meskipun ada pertumbuhan besar dalam daya komputasi, perkembangan jaringan syaraf tiruan, dan algoritme AI dengan pembelajaran mesin yang mendalam, kita masih jauh dari mampu melakukan simulasi bahkan pada bagian otak. Sederhananya, para pionir AI pada paruh kedua abad ke-20 sangat meremehkan kemampuan "massa seperti jeli" pada penyu kita, yang 90% terdiri dari air.
Juga menarik: ChatGPT: Instruksi sederhana untuk digunakan
Otak itu kompleks
Saat lahir, berat otak manusia kira-kira 300 g, sedangkan otak orang dewasa yang sudah berkembang sempurna beratnya kira-kira 1,5 kg. 1,5 kg ini berisi seluruh alam semesta kita dan semua kemampuan mental yang kita miliki. Bukan hanya yang sadar saja, seperti berpikir abstrak, kreatifitas, tapi juga yang tidak kita sadari: motilitas gerak, penguasaan sistem peredaran darah, pernafasan dan masih banyak lagi.
Merupakan pernyataan populer di kalangan ilmuwan bahwa otak manusia terdiri dari sekitar 100 miliar neuron. Kita tidak mengetahui jumlah pastinya, dan mungkin berbeda pada setiap individu spesies manusia. Tapi mari kita asumsikan bahwa ini benar, dan jumlahnya tidak terlalu kecil. 100 miliar memang banyak, tetapi superkomputer modern dapat menyimulasikan objek yang lebih besar. Namun, masalahnya adalah neuron adalah sesuatu yang jauh lebih kompleks daripada, misalnya, texel dalam grafik 3D, piksel dalam gambar, atau objek lain apa pun yang dapat dideskripsikan hanya dengan sepotong kecil kode.
Neuron di otak kita terhubung satu sama lain. Ini bukan hubungan fisik, karena impuls listrik yang dihasilkan di setiap neuron akan dengan cepat menyebar ke seluruh tubuh, sehingga secara praktis tidak memungkinkan untuk berfungsi. Transmisi informasi di otak kita didasarkan pada listrik (impuls) dan kimia (neurotransmitter). Setiap neuron (ingat gambaran populer tentang neuron sebagai "pohon" dengan dendrit yang khas) dapat dihubungkan ke neuron lain menggunakan hingga sepuluh ribu koneksi sinaptik.
Setuju, 10000 koneksi dari satu sel saraf adalah tingkat kerumitan yang jauh lebih tinggi daripada gerbang logika pada transistor. Jika kita mencoba menghitung jumlah semua kemungkinan koneksi antara neuron dan keadaan yang dapat diperolehnya pada saat tertentu (hanya satu), kita akan mendapatkan jumlah yang sangat besar yang jauh melebihi perkiraan jumlah atom di seluruh alam semesta yang dapat diamati. Dengan menggunakan pendekatan ini, banyak ilmuwan yang berspesialisasi dalam neurobiologi dan juga memiliki latar belakang ilmu komputer percaya bahwa, bahkan dengan tingkat pengetahuan saat ini dan perkembangan yang diharapkan, simulasi lengkap organ kompleks seperti itu adalah tugas yang melebihi kemampuan kita. waktu yang lama. Namun ini tidak berarti bahwa para ilmuwan tidak melakukan apa pun dan tidak mencapai apa pun. Mari kita lihat beberapa proyek yang bertujuan untuk mensimulasikan, jika bukan seluruh pikiran manusia, setidaknya sebagian darinya.
Baca juga: 7 Kegunaan ChatGPT Paling Keren
40 menit satu detik
Pada tahun 2013, ilmuwan Jepang dari Institut Teknologi Okinawa dan peneliti Jerman dari Forschungszentrum Jülich bergabung dan menggunakan salah satu superkomputer paling kuat di planet kita pada saat itu (disebut K Computer, pemimpin daftar Top500 pada tahun 2011) dengan kekuatan komputasi dari 8,16 PFLOPS (atau 8,16 kuadriliun operasi floating-point per detik) untuk mencoba mensimulasikan sepotong otak saja. Secara umum, simulasi terdiri dari pemetaan kerja 1,73 miliar neuron, yang bersama-sama menciptakan jaringan 10,4 triliun koneksi sinaptik. Itu berarti lebih dari 1 persen potensi “jeli” biologis yang menempel di tengkorak Anda. Simulasi menggunakan kekuatan penuh prosesor 82944 Sparc64 VIIIfx (satu sistem memiliki frekuensi clock 2 GHz dan 8 core). Apakah pendekatan ini berhasil?
Menurut para ilmuwan, ya, tapi di sisi lain... itu tergantung bagaimana Anda melihatnya. Sekitar 40 menit pengoperasian superkomputer ini hanya berlangsung untuk simulasi 1 detik pengoperasian fragmen jaringan saraf otak tersebut. Oleh karena itu, meskipun simulasi yang dilakukan dapat dikatakan berhasil, karena efek, waktu perhitungan dan volume simulasi menunjukkan betapa besarnya masalah yang kita hadapi di sini. Dan harus diingat bahwa dengan bertambahnya jumlah neuron, kompleksitas jaringan sinaptik tidak meningkat secara linier, tetapi secara eksponensial! Jika superkomputer Frontier Amerika tercepat saat ini, yang beroperasi di Laboratorium Nasional Oak Ridge dan memiliki daya komputasi sebanyak 1102 PFLOPS, yaitu 135 kali lebih besar dari Komputer K Jepang yang disebutkan, digunakan untuk tugas yang sama, itu tidak berarti bahwa Frontier dapat mensimulasikan (dengan parameter model yang sama) jaringan saraf 135 kali lebih besar. Simulasi yang sama dalam satu detik nyata dari jaringan 1,73 miliar neuron akan berlangsung di superkomputer Amerika bukan 40 menit, tetapi kurang dari 18 detik. Tapi ini masih lebih dari sekedar simulasi jaringan real-time, dan hanya sebagian kecil dari apa yang ada di kepala kita. Mensimulasikan cara kerja seluruh pikiran masih termasuk dalam ranah fiksi ilmiah. Namun para ilmuwan masih mencobanya.
Baca juga: Tentang komputer kuantum dengan kata-kata sederhana
Proyek Otak Manusia Eropa
Proyek Otak Manusia (HBP) dalam hal skala dan dana yang dialokasikan untuk proyek ilmiah ini dapat dibandingkan dengan proyek lain yang berkaitan dengan manusia - proyek terkenal "Gen Manusia", yang berlangsung dari tahun 1990 hingga 2003. Untuk memahami genom manusia sepenuhnya, Proyek Otak Manusia bertujuan untuk membantu para ilmuwan lebih memahami otak kita. Namun, Proyek Otak Manusia, yang telah berlangsung sejak tahun 2013 dan seharusnya berakhir setelah satu dekade penelitian (yaitu pada tahun 2023), bahkan tidak mampu melakukan simulasi seluruh otak. Jadi, tujuan apa yang ingin dicapai para ilmuwan melalui penelitian ini?
Tujuan utama HBP bukanlah untuk mensimulasikan seluruh otak, karena saya harap kita telah menunjukkan bahwa tugas ini berada di luar kemampuan peradaban kita saat ini. Tujuannya adalah untuk setidaknya menguasai sebagian kompleksitas otak. Hal ini akan membantu dalam pengembangan ilmu-ilmu seperti kedokteran, ilmu komputer, neurologi, serta dalam pengembangan teknologi yang karyanya terinspirasi oleh cara kerja pikiran kita.
Salah satu hasil proyek HBP adalah terciptanya platform digital untuk penelitian otak, EBRAINS. EBRAINS adalah platform sumber terbuka yang memungkinkan peneliti dari seluruh dunia menggunakan alat digital yang tersedia di lingkungan cloud yang aman. Dengan kata lain, EBRAINS memberi para ilmuwan alat untuk memodelkan dan menganalisis fungsi masing-masing area otak.
Salah satu alat tersebut adalah program simulasi otak virtual yang dibuat oleh HBP dan EBRAINS. Alat ini sama sekali tidak mampu mensimulasikan kerja seluruh otak, namun memungkinkan, misalnya, peneliti obat baru untuk mensimulasikan efeknya pada kelompok neuron. Hal ini, pada gilirannya, akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengembangkan pengobatan baru yang berguna untuk penyakit kompleks seperti penyakit Alzheimer, depresi, penyakit Parkinson, dan banyak lagi.
Juga menarik:
- Jadi, untuk berbicara atau tidak berbicara? Musk membantah berbicara dengan Putin. Tapi ada "tapi"
- Artileri modern adalah senjata super Ukraina. Dan mengapa Elon Musk ada di sini?
Inisiatif OTAK AS
Proyek yang lebih besar dan baru yang diprakarsai oleh lembaga penelitian Amerika adalah Inisiatif BRAIN AS. Ini adalah proyek penelitian multi-tahun bernilai miliaran dolar yang bertujuan untuk memetakan hubungan manusia. Apa itu koneksi? Ini adalah sekumpulan koneksi saraf organisme ini. Sama seperti genom yang merupakan peta lengkap rantai genetik, demikian pula proteom adalah peta lengkap protein suatu organisme. Kita sudah mengetahui genom manusia, penemuannya menelan biaya miliaran dolar. Saat ini, pengujian genom tersedia secara luas dan, misalnya, pengujian genetik untuk mengetahui adanya cacat memerlukan biaya beberapa ratus dolar. Genom lengkap sedikit lebih mahal, namun masih jauh lebih murah dibandingkan biaya pembacaan DNA manusia pertama.
Mari kita kembali ke Connectome dan proyek BRAIN Amerika. Apa tujuan proyek ini? Josh Gordon, direktur Institut Kesehatan Mental Nasional AS di Bethesda, Maryland, mengatakan: “Mengetahui semua jenis sel otak, bagaimana mereka terhubung satu sama lain, dan bagaimana mereka berinteraksi akan membuka serangkaian terapi baru yang saat ini kita miliki. bahkan tidak bisa membayangkannya." Saat ini, katalog jenis sel saraf terbesar di dunia sedang dibuat dan dikembangkan secara sistematis. Katalog ini, yang disebut Jaringan Sensus Sel Inisiatif BRAIN (BRAIN Initiative Cell Census Network/BICCN), menjelaskan berapa banyak jenis sel berbeda yang ada di otak, berapa proporsinya, bagaimana distribusinya secara spasial, dan interaksi apa yang terjadi di antara sel-sel tersebut.
Dari manakah pendekatan ini berasal? Dari kebutuhan untuk memahami cara kerja otak. Keuntungan dari pendekatan ini dijelaskan dalam pernyataan kepada Nature oleh ahli saraf Christoph Koch, ilmuwan utama program MindScope, yang dilaksanakan oleh Allen Institute for Brain Science di Seattle: "Sama seperti tidak ada sesuatu pun dalam kimia yang masuk akal tanpa tabel periodik elemen, tidak ada yang masuk akal dalam memahami otak tanpa memahami keberadaan dan fungsi masing-masing jenis sel”.
Jika kita secara hipotetis mencapai potensi teknologi untuk dapat memindai sel demi sel dan, misalnya, menciptakan kembali otak manusia, pendekatan seperti itu berarti bahwa meskipun kita berhasil (yang tidak realistis saat ini), kita masih tidak mengerti mengapa otak bekerja sebagaimana yang sebenarnya terjadi. Dan tidak masalah apakah kita berbicara tentang otak sebagai organ biologis yang hidup atau otak digital, yang secara hipotetis dikloning. OTAK dan direktori BICCN adalah titik awal untuk memahami struktur dan pengoperasian setiap sirkuit saraf, dan oleh karena itu untuk memahami perilaku kompleks yang mengatur semua spesies dengan organ serumit otak.
Penelitian terus berlanjut, dan para ilmuwan terus-menerus mempresentasikan pencapaian baru mereka di situs web yang dibuat khusus. Oleh karena itu, saya yakin penemuan yang lebih menarik akan segera menanti kita.
Juga menarik:
Segera akan mungkin untuk menghilangkan otak semua orang yang tidak perlu...