Слово «нейросети» сегодня является одним из самых модных терминов, и зачастую им злоупотребляют маркетологи в продвижении своих технологических стартапов. Однако нельзя отрицать, что сегодняшний объект нашего рассмотрения представляет собой один из самых важных феноменов, без которых невозможно представить современность.
Сети генов у животных чем-то напоминают сети нейронов в наших мозгах — они тоже могут «обучаться» на ходу. В 1996 году молодой аспирант по имени Ричард Уотсон решил прочитать статью об эволюции. Она была провокационной и затрагивала старую проблему в эволюционной биологии: мы плохо понимаем, как организмы могут так успешно адаптироваться к окружающей среде.
Мозг человек — это биологическое чудо с внушительными навыками. К сожалению, регенерации в их числе нет. За исключением одной маленькой V-образной области в гиппокампе, человеческий мозг практически не может перестраиваться. Когда нейроны умирают, их не могут заменить никакие резервные клетки. Повреждение мозга — удар по голове, инсульт или нейродегенеративное заболевание — может быть фатальным. Потерянные нейроны вернуть не удастся.
Параллельно с развитием нейронных сетей активно развивается и искусственный интеллект. Нейронные сети помогают учёным всего мира обрабатывать огромные массивы данных, позволяя машинам распознавать объекты, узнавать лица людей, обрабатывать и понимать человеческую речь и совершать максимально точные переводы с одного языка на другой. В данный момент учёные сосредоточились на создании специальных процессоров, воссоздающих работу человеческого мозга. Команда из Принстонского университета создала первый в мире процессор, использующий свет для имитации нейронов.
Принято говорить, что нервные клетки не восстанавливаются. Особенно это касается клеток головного мозга, которые с возрастом подвергаются значительной дегенерации, что может приводить к целому ряду когнитивных расстройств. Давно, но безуспешно предпринимаются попытки стимулирования регенерации нейронов головного мозга. Но совершенно недавно группа исследователей провела удачную серию экспериментов, в ходе которой пересаженные эмбриональные стволовые клетки смогли самостоятельно дифференцироваться в нейроны головного мозга, заменив поврежденные ткани.
Человеческий головной мозг все еще не до конца хорошо изучен. Чтобы понять устройство и работу нейронов, узнавать о том, как работают органы чувств, память, восприятие, необходимо вести запись одновременной работы миллионов нервных клеток, их скоплений и целой мозговой нейросети. Существует много технологий записи этих сигналов, но самым действенным является «прямое подключение» электродов. Минус данного подхода заключается в том, что такое подключение нестабильно и через максимум несколько десятков минут происходит отторжение чужеродного элемента и сигнал перестает восприниматься. Но вскоре работы по изучению работы головного мозга могут выйти на новый уровень благодаря изобретению особого чипа, который может «маскироваться» под нервную ткань.
Нейронные сети сегодня широко используются в науке и вычислительной технике. Прежде всего, искусственные нейронные сети важны при создании искусственного интеллекта. Именно поэтому исследователям очень важно понимать, что же происходит внутри сети, когда она, полагаясь на входные данные, принимает то или иное решение. Сотрудники Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института решили сделать работу нейронных сетей более прозрачными для лучшего понимания человеком.
Сингапурские ученые осуществили серьезный прорыв в исследованиях с «миниатюрным мозгом». Эти крошечные версии человеческого мозга помогают ученым разрабатывать методы лечения и проводить исследования на тему болезни Паркинсона и расстройств мозга, связанных с возрастом. Миниатюрные мозги представляют собой трехмерные ткани, выращенные в лаборатории, и обладают определенными свойствами конкретных частей мозга человека. Впервые в органической модели был обнаружен черный пигмент нейромеланин. Исследование также выявило функционально активные дофаминергические нейроны.
Компьютеры довольно давно уже сравнивают с искусственными «мозгами», однако компания IBM решила вывести это сравнение на новый уровень и создала рабочий искусственный физический нейрон. Исследовательский центр технологического гиганта в Цюрихе создал 500 искусственных нейронов для симуляции передачи сигналов тем же аналогичным образом, как это происходит внутри органического мозга.
Компанию KnuEdge в 2005 году основал бывший директор американского космического агентства NASA Дэниэл Голдин. На протяжении десятилетия специалисты компании в обстановке строгой секретности работали над созданием принципиально новой процессорной архитектуры, способной перевернуть наши представления о компьютерах. Разумеется, речь идёт нейрочипах, созданных по подобию человеческого мозга.
Медленно прогрессирующие заболевания нервной системы вроде болезни Альцгеймера на протяжении многих лет ставят учёных в тупик. Лучшие умы планеты десятилетиями стараются создать универсальное лекарство, препятствующие развитию дегенерации мозга. И вот, исследователям из Университета Луизианы, наконец, улыбнулась удача. Они выяснили, что фермент NMNAT2 способен защитить человеческий мозг от страшных болезней.
Приведите трехлетнее чадо в зоопарк, и оно интуитивно определит, что длинношеее жующее листья животное — тот самый жираф из его детской книжки с картинками. Этот простой подвиг на самом деле довольно сложный. Рисунок в книжке — замерший силуэт простых линий, а живое существо — шедевр из цвета, текстуры, движений и света. Оно выглядит по-разному, если смотреть с разных сторон, и способно менять форму, положение, ракурс.
Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) объявило о начале программы, направленной на разработку высокотехнологичного имплантата, способного создать своего рода коммуникационный мост между человеческим мозгом и биосовместимыми устройствами. Агентство надеется, что разработка подобной технологии в рамках программы Neural Engineering System Design (NESD) получит очень широкий спектр применения как в исследовательских проектах, так и в медицине.
Если вы используете новое приложение Photos от Google, Cortana от Microsoft или новую переводческую функцию Skype, вы используете искусственный интеллект на ежедневной основе. Хотя и некоторую его форму. ИИ оставался мечтой с 50-х годов и только недавно стал практически реальным — благодаря системам программного обеспечения под названием нейронные сети. Давайте разберемся, как они работают.
Ученые Университета Дьюка впервые объединили мозги обезьян и крыс в локальные сети. Живой компьютер показал способность животных работать в команде и выполнять простые задачи. Новые исследования дают надежду на то, что однажды будет создан человеческий супермозг с невероятными способностями.
Вживление воспоминаний пока можно наблюдать только в сценах научно-фантастических фильмов, таких как «Вспомнить всё» или «Начало». Но в будущем манипуляция памятью станет реальностью. Ученым впервые удалось загрузить в мозг спящих мышей ложные воспоминания. Есть надежда на то, что однажды эта техника будет применена к людям.
Нейрофизики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе продолжают изучать работу мозга в условиях виртуальной реальности. Не так давно они выяснили, что нейроны мозга, отвечающие за картографирование пространства, реагируют на виртуальную реальность не так, как на реальные условия. Выводы ученых могут быть важными для людей, которые используют виртуальную реальность для игр, военных тренажеров, коммерческих, научных целей и других назначений.
Современное программное обеспечение уже способно распознать различные объекты на изображении, но оно не может описать увиденное. Однако скоро это может измениться, так как в игру вступают специалисты Google и Стенфордского университета.
На картинке выше изображена «нейрорешетка», набор микрочипов, на разработку которых биоинженеров из Стэнфорда вдохновило устройство человеческого мозга. Вычислительная мощность у этой платы в 9000 раз выше, чем мощность обычного мозгового компьютерного симулятора, и при этом она использует гораздо меньше энергии для работы.
DARPA, по своему определению, всегда старается быть на передовой технологий. И не только показывает нам крутых роботов, но также пытается сделать поле боя более безопасным для американских солдат, обеспечивая им роботизированные костюмы. В настоящее время агентство работает над проектом, который выплыл откуда-то из недр научной фантастики: имплантат мозга для солдат, который сможет восстанавливать воспоминания, утраченные в результате черепно-мозговых травм.