iPon Cikkek

Mikroprocesszoron tesztelték az agykutatók módszereit

Dátum | 2016. 06. 04.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az emberi agy 86 milliárd idegsejtet tartalmaz, gyakran írják le minden idők legösszetettebb rendszereként, és működésének köszönhető az emberiség minden tudományos és művészi eredménye. Összehasonlításképpen az 1975-ben bemutatott MOS 6502 mikroprocesszor 3510 tranzisztorból épül fel, nagyságrendekkel egyszerűbb a zsebünkben lapuló mobiltelefonnál, és olyan programok futtathatók rajta, mint például a Donkey Kong vagy a Space Invaders. Míg arról még napjainkban is nagyon keveset tudunk, hogy az agy hogyan funkcionál, ezen chip működése teljes mértékben ismert a hozzáértők előtt. Két kutató nem régiben érdekes kísérletbe vágott bele: Eric Jonas (Berkeley) és Konrad Kording (Northwestern) arra voltak kíváncsiak, hogy mi lenne egy olyan vizsgálat eredménye, amelynek során a mikroprocesszort is nagyrészt ismeretlen entitásként kezelnék, és az agykutatók módszereivel tanulmányoznák. Vajon hogyan vizsgáznának az idegrendszer tanulmányozására kiötlött módszerek egy sokkal egyszerűbb hálózat felderítésében? Felfedhetők ilyen módon a tranzisztorok és a logikai kapuk ismert jellemzői, és az hogy ezek hogyan működnek közre az információ feldolgozásában egy egyszerű videojáték menete során? Ilyen és ehhez hasonló kérdéseket tettek fel a kutatók, akik aztán ténylegesen megkísérelték neurológiai vizsgálati módszerekkel felderíteni néhány játék működését. A látszólag egyszerű küldetés teljes kudarccal végződött. Bár a duó rengeteg adatot összegyűjtött a mikroprocesszorról, minden tranzisztor pillanatnyi állapotával és minden vezeték feszültségével tisztában voltak, ezen információkból jobb esetben csak triviális, rosszabb esetben teljesen félrevezető következtetéseket voltak képesek levonni a teljes rendszer működésével kapcsolatban. „A barátaim többsége azt hitte, hogy ilyen módon betekintést nyerhetünk majd a chip működésébe” – mondja Jonas. „De mindaz, amit ezzel kapcsolatban végül kimutattunk, rendkívül felszínes tudás volt. Azt láttuk, hogy a processzor rendelkezik egy órával, és időnként olvassa, máskor írja a memóriát.” Ennél sokkal többet azonban nem sikerült kideríteniük. Jones és Kording néhány nappal ezelőtt töltötte fel a kísérlet eredményeit taglaló tanulmányt a bioRxiv nevű oldalra. A nem túlságosan hosszú, ám roppant érdekes írás egy játékos gondolatkísérletnek tűnhet, a szerzők azonban komoly adatokkal is alátámasztják érvelésüket. A tanulmányt egyelőre még nem lektorálták, de az idegkutatók közül máris többen megjegyezték, hogy az óriási jelentőségű, és olyan kérdéseket feszeget, amelyek sokak fejében régóta motoszkálnak, csak eddig senki nem merte ezeket papírra vetni. „Bár az eredmények a chipfejlesztők számára valószínűleg nem okoznak nagy meglepetéseket, a neurológusoknak kifejezetten kijózanító lehet az olvasmány” – mondja Steve Fleming, a University College London kutatója. „Pontosan ilyesfajta önvizsgálatra van szükségük az idegtudományoknak ahhoz, hogy következőkben jó irányba induljanak tovább.” Ahogy Elizabeth Clark-Polner, a Yale kutatója megjegyzi, a tanulmány szerzőinek megközelítése nem számít újnak, hiszen azt a fizika területén például régóta alkalmazzák azt. A CERN kutatói például azt megelőzően, hogy a Nagy Hadronütköztető adatait elemző algoritmusaikat új részecskék keresésére használták volna, először néhány már ismert részecskét próbáltak meg újra „felfedezni” ezek révén, hogy teszteljék módszerük megbízhatóságát. Az olyan területeken, mint a biológia, azonban ez a fajta előzetes ellenőrzés nem nagyon jellemző, teszi hozzá Clark-Polner.
Az eredményekkel kapcsolatban ugyanakkor fontos leszögezni, hogy az agy valójában nem egy számítógép: felépítése sokkal kaotikusabb a mesterséges rendszereknél, egészen másként bánik az információval és az emlékekkel, mint a gépek, és egy test is csatlakozik hozzá. Persze ettől még helytálló az a megállapítás, hogy a chip működését jóval könnyebben meg kellene érteni, mint az agyét. És ha ez valamiért az említett módszerekkel mégsem sikerül, az komoly kérdéseket vethet fel az idegtudományok jelenlegi állásával kapcsolatban. „Mindez azt sugallja, hogy alaposan át kell gondolni, hogyan léphetünk ténylegesen előre” – mondja Clark-Polner. Az elmúlt években számos neurológus fűzött nagy reményeket az újfajta adatelemző módszerekhez, abban a hitben, hogy ezek majd lehetővé teszik, hogy több ezer neuron működési és kapcsolódási adataiból érdemi megállapításokat tegyünk az aggyal kapcsolatban. Ez a remény a támogatások mértékén is látszik. 2013-ban a Human Brain Project 1,3 milliárd dollárt kapott az Európai Bizottságtól, hogy megkíséreljék létrehozni az emberi agy szimulált modelljét. Ezzel egy időben Barack Obama elnök hasonlóan nagyszabású projektet indított be az Egyesült Államokban is, a BRAIN Initiative célja újfajta agyi képalkotó eljárások kidolgozása, szintén az agyműködés jobb megértése reményében.
Jonas ez utóbbi kezdeményezés bejelentésekor maga is úgy hitte, hogy nagyon közel van a cél. Közben azonban kiderült, hogy a probléma jóval nehezebb a vártnál, és a big data önmagában kevés ahhoz, hogy válaszokat kínáljon. A kutatóban akkor fogalmazódott meg a kísérlet ötlete, amikor belebotlott egy cikkbe arról, hogy egy csapat „mikrochip-archeológus” hogyan rekonstruálta az eredeti MOS 6502 mikroprocesszort. A szakértők mikroszkóppal vizsgálták a rendszert, címkékkel látva el annak elkülönülő régióit, és azonosítva az azok közti összeköttetéseket. Vagyis nagyon hasonló munkát végeztek, mint az agykutatók, akik az agyi neuronok hálózatát térképezik fel. Jonast ez a projekt még inkább meggyőzte arról, hogy a chip és az agy működése nagyon hasonló, így kíváncsi lett arra, hogy ezek vajon hasonlóan is vizsgálhatók-e. A két kutató nem egy tényleges mikroprocesszoron végezte el vizsgálatait, hanem annak egy szimulált változatán, amely azonban kellően pontos ahhoz, hogy olyan klasszikus játékok, min a Donkey Kong, a Space Invaders vagy a Pitfall fussanak rajta. A szimulált verzió előnye az volt, hogy ilyen módon nagyon könnyen lehetett változtatásokat eszközölni a rendszerben, például bármikor kiiktathatták a chip bármelyik tranzisztorát. Ezt a szakértők szisztematikusan meg is tették minden egyes tranzisztorral, lassacskán azonosítva közülük azokat, amelyek mindhárom játék működtetéséhez szükségesek, illetve azokat is, amelyek csak az egyikhez.
Az agykutatók évszázadok óta hasonlóan tanulmányozzák az agy működését: vagy olyan embereket vizsgálnak, akik jól lokalizálható agysérüléssel rendelkeznek, vagy pedig ideiglenesen kiiktatják egyes régiók működését, majd kiderítik, milyen funkció sérül ezzel. Ilyen módon kerültek meghatározásra a memória különböző központjai, illetve a nyelvhasználatért vagy éppen az érzelmek kezeléséért felelős agyi régiók is. Jonas és Kording kísérlete azonban most rávilágított arra, hogy mi a probléma ezzel a megközelítéssel és az agy ilyen módon történő „feldarabolásával”. A munka során ugyanis a kutatók nem találtak „Donkey Kong-tranzisztorokat” vagy „Space Invaders-tranzisztorokat”, hanem csak olyan összetevőket azonosítottak, amelyek alapfeladatokat látnak el. Ezen alapfeladatok pedig vagy kellenek, vagy nem kellenek az adott játékhoz. A két kutató öt másik hagyományos agyvizsgálati módot is kipróbált a rendszeren, annak egyes egységeit egyenként vizsgálva (mint az egyedi idegsejteket), átlagolva egy kisebb régió aktivitását (hasonlóan a funkcionális MR-vizsgálatokhoz), illetve működési mintázatokat keresve a teljes processzor működésében. Ezen vizsgálatok egyike sem árult el semmi hasznosat azzal kapcsolatban, hogyan működik a chip. „Ez a tanulmány durván szembesíti a szakterületet a valósággal” – mondja Kelly Clancy, a Bázeli Egyetem kutatója. „Azt sugallja, hogy nem az adatokban van hiány, hanem azok értelmezési módjai nem kielégítőek.”
Mindez persze egyáltalán nem jelenti azt, hogy az agykutatók mindeddig csak az idejüket pocsékolták, vagy hogy semmit sem tudunk az agyról. Számos olyan hatóanyag van, amely hat a központi idegrendszerre, és javít a betegek életminőségén, de nem tudjuk, pontosan hogyan működik. Azt is látjuk, hogy bizonyos sérülések milyen funkciók kieséséhez vezethetnek anélkül, hogy a kérdéses agyterület pontos működését ismernénk. „Az idegtudományi módszerek korántsem haszontalanok” – mondja Clancy. Jól működnek, ha annak eldöntéséről van szó, hogy valaki egészséges vagy beteg, és általuk kideríthető, hogy milyen változások történnek az agyban, ha az illető egyik vagy másik betegségben szenved, tanul, gyógyszert vesz be, és így tovább. Az idegrendszer működésének alapjaiba azonban ezek által nem fogunk bepillantást nyerni, teszi hozzá a szakértő. Jonas szerint az előrelépés érdekében a neurológusoknak nagyobb energiát kell fektetniük az aggyal kapcsolatos elméletek tesztelésébe. Rengeteg teória létezik azzal kapcsolatban, hogyan működnek az agy különböző részei, ezeket azonban a rendszer bonyolultsága miatt nagyon nehéz igazolni vagy cáfolni. A mikroprocesszorok pedig ebben sokat segíthetnek. Ha valaki egy új ötlettel áll elő azzal kapcsolatban, hogyan dolgozza fel az agy az információt és ezt hogyan lehetne vizsgálni, először is azt kellene kideríteni, hogy a módszer segít-e a chipek működésének megértésében, mondja Kording. Ha pedig az adott metódus nem állja ki a próbát, tovább kell lépni egy másikra. A szerzők továbbá arra is figyelmeztetnek, hogy az agykutatással kapcsolatban nem szabad elhamarkodott ígérgetésekbe bocsátkozni. Amikor a BRAIN Initiative beindult, sokan állították azt, hogy rövidesen megértjük a neurológiai és pszichiátriai kórképek hátterében húzódó folyamatokat. „Ettől még rendkívül messze vagyunk” – mondja Jonas. „És ha túlzásokba esünk, de végül nem mutatunk fel eleget, az senkinek sem tesz jót.”
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

2. HozeManuel
2016.06.06. 11:27
Vagyis azzal a technikával ahogyan az agy működését vizsgálják nem tudják feltérképezni azt a gépet amit emberi agy alkotott
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. peti198706...
2016.06.27. 09:51
Ez túl durva! Köszi a cikket!
Az agyatlan bizonyítási elv amit követnek a kutatók teljesen megkötik a kezüket, s nem tudnak elrugaszkodni a tények látatásától a látásig. Teljesen leszedálja őket, s gúnyos grimaszt mutat feléjük, ami végkép a tájképi építményük összeomlásához vezet. Feketék.
Ezért hívom a kutatókat "majmok"-nak, mivel nem látják mi van a kezükbe s mi van az orruk előtt, - pedig annyira egyszerrű - s hét hét napon azt tárgyalják hogy a banán mért sárga, s a majomnak azt hogy kell azt meg ennie, hogy az barna legyen. Túl léphetnének már rajta tyú'risten.
Egy szinapszis egy sejt, mindegyik egyszerű, alapvető céllal jött létre, h túléljen s fejlődjön, hátra hagyva a fejlődésében s fennmaradásában a gátló tényezőket. Végül melléktermékként szervezetté vált, környezetéhez alkalmazkodva egységet alkosson. Ez már művészet, a majmokkal a kutatók üljenek le s egyes. S írjanak egy irányítatlan vektor programot ami önmagát fejleszti s le is szedálja, alkalmazkodva az elvárt célok felé., s megkapjuk a meghitt művészinek vélt "agyat". ami Összképet lát -semmi mást- a környezetéből.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!