رویای انتقال اطلاعات مغز به رایانه‌‏ها

اتصال و ارتباطی حیرت‌انگیز که شاید آینده زندگی انسان را متحول کند و تعریف تازه‎ای از مرگ و زندگی ارائه دهد. برای این‌که رایانه‌‎ای شبیه حالت عملکرد مغز باشد، باید به تمام اطلاعات ذخیره‌شده در مدت‌زمان بسیار کوتاهی دسترسی داشته باشد، بتواند شبیه کاری که مغز در زمان پردازش اطلاعات انجام می‎دهد را اجرا کند. پژوهشگران چند سالی است که در این حوزه کار می‎کنند و می‎‌خواهند بدانند جزئیات و مراحل انتقال اطلاعات مغز به رایانه چقدر زمان می‌‎برد و چگونه است؟ اما در میانه این راه، سوالات تازه‎ای برای‌شان به‌وجود آمده است؛ مغز چطور کار می‎‌کند و چطور این حجم از اطلاعات را در خود نگه می‎‌دارد و سؤال مهم‌‎تر این‌که اصلا چه میزان اطلاعات در مغز قابل نگهداری است؟ به نظر شما آیا روزی می‌رسد که بتوانیم مغزهای‌مان را روی رایانه‎‌ها بارگذاری کنیم؟ جام‌‎جم به نتایج یکی از جدیدترین پژوهش‎ها دراین‎‌باره پرداخته است.

وقتی از انتقال اطلاعات مغز به رایانه‎ها صحبت می‌کنیم، چون درک درستی از نوع ذخیره‌سازی اطلاعات در مغز نداریم، شاید فکر کنیم همان‎طور که ورودی و خروجی رایانه‎ها با سیگنال‎های الکتریکی کار می‌کنند، پس مغز هم ساختاری مشابه دارد؛ در حالی که مغز ما بسیار پیچیده‎تر کار می‎کند. برای درک بهتر این که مغز از چه اجزایی برای ذخیره اطلاعات استفاده می‎کند، بهتر است با نورون‌ها یا همان سلول‎های عصبی آشنا شویم. مغز انسان ۱۰۰ میلیارد نورون دارد، یعنی چیزی در حدود تعداد ستاره‎های کهکشان راه شیری. تعدادی که برای اتصالات بین نورون‎ها تخمین زده می‎شود، عدد ۱۰ به توان ۱۵ (یعنی ۱۰ و جلوی آن ۱۵تا صفر) است. اگر بخواهیم برای چنین عددی، معادلی بیاوریم، می‌توان به‎طور تقریبی گفت مشابه تعداد دانه‌های ماسه که درون یک لایه دو متری از خاک ساحل در طول یک کیلومتر قرار گرفته است. حالا تصور کنید بخواهیم شکل، جزئیات و پیکربندی و اطلاعات این نورون‌ها را در رایانه‎ای ذخیره کنیم.

محققان در موسسه علوم مغز «آلن» در سیاتل ایالات متحده در آزمایشی توانسته‎اند این کار را برای بخشی از بافت مغز موش که به شکل یک مکعب یک میلیمتری از مغز موش جدا شده، انجام بدهند. کاری که قطعا یکی از نقاط عطف آزمایش بر روی مغز و درک چگونگی ذخیره‌سازی اطلاعات آن در رایانه خواهد بود.

در این آزمایش، ساختار سه‌بعدی تمام نورون‎ها به رایانه وارد و در آن ذخیره شده است. پژوهشگران در بافت مکعبی یک میلیمتری که به اندازه یک دانه شن است، حدود ۱۰۰ هزار نورون و بیش از یک میلیارد اتصال بین آن‌ها را شمارش کردند. اطلاعات ذخیره‌شده در نهایت چیزی حدود دو میلیون گیگابایت فضا را در رایانه اشغال کرد. عملیات ذخیره‎سازی اطلاعات می‎تواند خودش به عنوان بخشی از فیلم علمی-تخیلی به حساب بیاید. در طی این پژوهش، از میکروسکوپی برای مشاهده نورون‎ها استفاده می‎شد که قرار بود حجم اطلاعات فراوانی را وارد رایانه کند، اما چگونه این مراحل انجام شد؟ نمونه مکعبی از بافت مغز موش، به ۲۵ هزار برش کوچک تقسیم و سپس با میکروسکوپ خودکار، از آن‌ها ۱۰۰ میلیون عکس ثبت شد. شاید این‌طور به نظر برسد که وقتی می‎شود برای یک نمونه کوچک از بافت مغز این کار را انجام داد، احتمالا همین روش برای ذخیره‎سازی اطلاعات در نمونه بزرگ‌تری از بافت مغز، قابل اجرا باشد، اما مسأله این‎جاست که پس از این مرحله، تازه اصل ماجرا شروع می‎شود، چرا؟ چون استخراج اطلاعات از مغز و ذخیره کردن در فضای رایانه تنها چالش ما نیست. درواقع برای این‎که رایانه‎ای بتواند شبیه مغز انسان عمل کند، باید بتواند دسترسی بسیار سریعی به اطلاعات ذخیره‌شده داشته باشد. اگر این امکان نباشد، باید دست‌کم بتوانیم ترتیب اهمیت اطلاعاتی که ذخیره می‌کنیم و نحوه سازماندهی آن‌ها را بدانیم.

برای این ذخیره‎سازی بهتر است از رم (RAM) رایانه استفاده شود. ذخیره این اطلاعات در چنین حافظه‎ای به ۱۲.۵برابر ظرفیت بزرگ‌ترین رایانه تک‌حافظه‎ای نیاز دارد. پیش از این‌که ذخیره‎سازی انجام شود، باید دقیقا بدانیم که فضای حافظه رایانه اطلاعات چه زمانی پر می‌شود تا قبل از پر شدن آن، اطلاعات هم تمام‌شده باشد. در غیر این‌صورت رشته به‌هم‌پیوسته اطلاعات دچار خدشه می‎شود و دیگر برای رایانه قابل بازیابی نخواهد بود. به همه دردسر‌ها این را هم اضافه کنید که برای اجرای این روش در مورد انسان، نیاز است بخشی از بافت مغز برش داده شود، حتی اگر چنین امکانی وجود داشته باشد، کاملا بعید است که بتوانیم دوباره همه این تکه‎ها را بدون هیچ مشکلی به هم متصل کنیم. از آنجا که حجم مغز انسان یک میلیون و ۲۶ مترمکعب است در واقع چنین آزمایشی که بتواند به طور کامل همه اطلاعات مغزی را به رایانه منتقل کند، غیرممکن می‎شود.

شاید بزرگ‌ترین مشکل ما این باشد که حتی اگر بتوانیم غیرممکن‌ها را ممکن کنیم و از موانع بسیاری که در مورد آن بحث شد، بگذریم، هنوز اطلاعات کمی در مورد سازوکار‌های اساسی مغزی داریم. تصور کنید که ما موفق به بازسازی ساختار کامل ۱۰۰ میلیارد نورون و اتصالات بین آن‌ها در مغز شدیم و توانستیم این مقدار نجومی داده را در سه نسخه در رایانه ذخیره و منتقل کنیم؛ حتی اگر بتوانیم به صورت درخواستی و فورا به این اطلاعات دسترسی پیدا کنیم، بازهم با یک ناشناخته بزرگ روبه‌رو خواهیم شد؛ همه این اطلاعات چگونه کار می‎کند؟ درحقیقت پژوهشگران به دنبال این هستند که با اجرای تمام این آزمایش‎ها بفهمند که مغز چطور و با چه مراحلی کار می‎کند و اطلاعات را از حافظه بازیابی کرده و به ما ارائه می‌دهد؟ جالب است بدانید ما در سن ۲۰ سالگی تقریبا ۱۰۰ میلیارد نورون در مغز داریم و با چنین نرخ فرسایشی، ما ۲ تا ۳ درصد از نورون‎های خود را تا سن ۸۰سالگی از دست داده‎ایم. البته به شرطی که به بیماری‎های مغزی و اختلال حافظه مبتلا نشویم. با این حساب بهترین سن برای توقف، اسکن و ذخیره چه سنی خواهد بود؟

اکنون با انتخابی بسیار دلهره‎آورتر از تعیین این‌که بهترین زمان در زندگی‎تان برای چشم‌پوشی از حیات چه زمانی است، روبه‌رو هستید. باید بین ساختار و عملکرد ساختار سه‌بعدی مغزتان در مقابل نحوه عملکرد آن در سطح سلولی یکی را انتخاب کنید. به این دلیل که هیچ روش شناخته‌شده‌ای برای جمع‌آوری هر دو نوع اطلاعات به طور همزمان وجود ندارد. چون ذخیره همه این اطلاعات برای رایانه و با روش‎هایی که فعلا می‎شناسیم، غیرممکن است. درواقع امکان بارگذاری اطلاعات مغز روی رایانه فعلا رویایی دور است که امکان تحققش پیشرفت‌های خاص در علم را طلب می‌کند.

روزنامه جام جم