Jei esate fantastikos žinovas, greičiausiai žinote, ką reiškia „technologinis singuliarumas„. Jeigu nesidomite fantastika, tačiau skaitote laikas nuo laiko naujienų portalų mokslo skiltis, turėjote girdėti apie „Homo Sapiens 2.0” bei apie ateitį, kurią žmonijai žada tokie futurologai kaip Rėjus Kurcveilas (Ray Kurzweil). Anot šio futurologo minčių, žmogus jau 2045 metais galės persikelti į elektroninę kompiuterinę erdvę, o 2100 metais visa žmonija gyvens naujuose ir nemirtinguose robotų kūnuose. Nekalbu apie tai, kad R. Kurcveilas teigia, kad naujų žmonių protiniai gabumai augs eksponentiškai! Skamba tiesiog neįtikėtinai. Pabandykime pažvelgt į tai fiziko akimis…

 Nemirtingumo idėjoms, ko gero, tiek pat laiko, kiek pirmam mąstančiam žmogui. Visi žinomi fantastai ir futurologai slapta bijojo savo mirties ir gan optimistiškai pranašavo mokslo triumfą ir artimą žmogaus nemirtingumą, tačiau gamta likdavo nenumaldoma ir mirtis neišvengiamai ateidavo pas vieną fantastą paskui kito.  Visiškai nepriklausomai nuo to, kokią žmogaus nemirtingumo koncepciją futurologas bevystytų.

Dabartiniame moksle egzistuoja dvi apčiuopiamos ir skirtingos technologines kryptys: viena – biologinė, kita – neorganinė arba inžinerinė. Biologinė nagrinėja žmogaus genetinius pokyčius, kurie „natūraliai” patobulintų trapią žmogaus egzistenciją: panaikintų vėžį, išgydytų nuo ŽIV ir kitų baisių ligų, suteiktų žmogui regeneracinių savybių. Ši atšaka yra labiau natūralistinė negu antroji, nes toks žmogus vis dar liktų trapus bei galėtų numirt nuo nelaimingo atsitikimo. Antroji koncepcija kalba apie androidus – žmogų, kurį patobulino egzoskeletai, kuris turi dirbtinius vidaus organus, kurio kaulus pakeitė molibdeno lydiniai, o kurio regą, klausą patobulino elektroniniai prietaisai. Šį žmogų sutaiso nanorobotai bei specializuotos gamyklos, o ši kryptis nenumaldomai juda link technologinės žmogaus evoliucijos.

Būtent inžinerinėje koncepcijoje atsiranda tokia sąvoka, kaip žmogaus sąmonės perkėlimas į  elektroninę erdvę. Jūsų biologinis protas yra sunaikinamas, o Jus atsibundate visiškai kitoks, su visiškai kitokiais pojūčiais ir galimybėmis. Jus atsibundate kompiuteryje. Anot Rėjaus Kurcveilio tai tampa įmanoma dėl taip vadinamo Muro dėsnio. Savo 2005 metais išėjusioje knygoje „Singuliarumas yra arti” („The Singularity is near„) futuristas pranašauja, kad kompiuterių skaičiuojamajai galiai dvigubėjant kas porą metų, anksčiau arba vėliau kompiuterių galia neišvengiamai priartės pagal savo galimybes prie žmogaus proto. O dar po kelių metų kompiuterinės superkompiuterio pajėgos pakaks tam, kad superkompiuterio skaitmeninėje erdvėje galėtų apsigyventi visų planetos gyventojų protus!

Galite paklausti, kaip tai yra įmanoma? Esu jau rašęs apie eksponentinio augimo nenumaldomą brutalią jėgą. Rėjaus Kurcveilio pranašystės pagrindas yra būtent toks eksponentinis dėsnis. Tai yra Muro dėsnis, kuriam šiemet sukako net 50 metų! Ir, nors originalus Muro dėsnis žada tik tranzistoriaus skaičiaus padvigubėjimą kas porą metų, su Muro dėsniu tampriai susijęs Denardo dėsnis žadėjo kompiuterinio tranzistoriaus dažnio augimą. Didėjant tranzistoriaus, esančio procesoriuje, veikos dažniui, nenumaldomai turėtų didėti ir procesoriaus skaičiuojamoji galia.

Vienas pasaulio žinomiausių neuromokslininkų profesorius Henris Markramas (Henry Markram) galėtų mums daug papasakoti apie kompiuterinį smegenų modeliavimą. Būtent jis dar 2008 metais pradėjo Šveicarijoje, Lozanėje, kartu su kompanija IBM pradėjo vykdyti „Žydrų Smegenų” (angl. „Blue Brain”) projektą. Jo laboratorijoje stovėjo keturios juodos dėžes, kiekviena iš kurių buvo gero pramoninio šaldytuvo dydžio, kurių viduje dirbo 2 000 IBM procesorių, galėjusių apdoroti 22,8 trilijonus matematinių operacijų per sekundę. Tai buvo pirmas žmonijos istorijoje superkompiuteris, kuris bandė modeliuoti žinduolio (žiurkės) smegenų naujosios žievės stulpelį (neocortical column).  Ši mažytė žiurkės smegenų dalis turėjo viduje apie 10 000 neuronų, tarpusavyje susijungusių per 30 milijonų sinapsių!

Vidutiniškai vienas neuronas turi apie 5-15 stambių dendritų, kuriais jis informaciją gauną iš kitų neuronų ir vieną ilgą aksoną su daug atšakų gale, per kurį neuronas informaciją perduoda. Aksono atšakos susijungia su dendritais per sinapses,. Signalas nuo neurono link neurono gali būti perduodamas arba per elektrinę sinapsę, arba per cheminę sinapsę. Cheminė sinapsė pastiprina elektros signalą, ji tam naudoja taip vadinamas neurotransmiterių molekules, o elektrinė sinapsė tiesiog greitai perduoda silpnėjantį elektrinį signalą toliau.

Pagrindinis profesoriaus H. Markramo tyrimų tikslas yra su kompiuterinių simuliacijų pagalba sukurti realistišką žinduolio smegenų modelį, kuris į išorinius dirgiklius reaguotų taip pat, kaip į juos reaguoja gyvo organizmo centrinė nervų sistema. Sparčiai tobulėjant eksperimentinėms neuromokslo technologijoms, mokslininkai nuo encefalogramų pereina prie realaus laiko smulkių gyvūnų smegenų stebėjimo. Štai 2013 metais jungtinė JAV ir Portugalijos mokslininkų grupė realiame laike įrašė žuvies mailiaus smegenų aktyvumą! Ir, nors šio gyvio smegenyse tebuvo tik 100 000 neuronų, mokslininkai sugebėjo išmatuoti net 80 procentų šių neuronų aktyvumą.

Esant tokia sparčiam eksperimentinių technikų progresui, neuromokslininkams tampa vis svarbiau ir svarbiau suvokti, kaip gi veikia gyvūno smegenys. Ir būtent čia mokslininkus gelbėja kompiuterinės smegenų simuliacijos, kuriomis užsiima prof. H. Markramo grupė. Kompiuterinių simuliacijų tikslas yra suprasti smegenų žievės neuronų tinklo sandarą, funkcijas bei plastiškumą. 2011 metais „Žydrų smegenų” projektas jau realistiškai simuliavo grandinę sudarytą iš 100 naujosios žievės stulpelių, o 2014 metais įvyko visų žiurkės smegenų simuliacija, kurioje superkompiuteris skaičiavo net 100 milijono virtualių neuronų tinklą! Šiemet mokslininkai šias virtualias smegenis patalpino į virtualų žiurkės kūną ir stebėjo kaip virtuali žiurkė reaguoja į dirgiklius.

Šioje vietoje skaitytojas gali paklausti: Palaukite gerbiamasis, žadėjote mums technologinį singuliarumą, o kalbate apie… žiurkes! Nuraminsiu – prof. H. Markramas mano, kad pirma žmogaus smegenų darbo simuliacija įvyks 2023 metais. savo susidomėjimą rodo vis daugiau ir valstybės. Štai profesoriaus Markramo laboratorija gavo Žmogaus smegenų projektui (Human Brain project) vystyti net 1,3 mlrd. eurus, kurios skyrė Europos Sąjunga. Nemiega ir Jungtinės Amerikos Valstijos: Darpa finansuoja bendrą su IBM projektą SyNAPSE, o JAV prezidentas Barakas Obama 2014 metais paskelbė „BRAIN” iniciatyvą.

2012 metais Darpos finansuojamamo projekto rėmuose superkompiuteryje Sekvoja (Sequoia) buvo atlikta žmogaus smegenų dalies veiklos simuliacija. Superkompiuterį sudarė 96 IBM Blue Gene/Q serveriai, bendras procesorių skaičius superkompiuteryje buvo 1 572 864 procesoriai, o kompiuterinės atminties kiekis buvo net 1,5 petabaito! Simuliacijos metu buvo modeliuojami net 530 milijardai neuronų ir 137 trilijonai sinapsių, kas sudaro beveik 4,5 procentus nuo visų žmogaus smegenų, o pati simuliacija vyko net 1542 kartus lėčiau nei realus laikas!

Kita mokslininkų grupė 2013 metais pasinaudojo Japonijoje RIKEN moksliniame tyrimų centre esančiu K superkompiuteriu ir irgi atliko vieno procento žmogaus smegenų neuronų simuliaciją. Kompiuteris anuomet turėjo 82 944 procesorius, jo galia buvo 10 petaflopų, o pats superkompiuteris sunaudojo 12,6 megavatų elektros energijos. Superkompiuterį aptarnauja gana stambus pastatas, o prieiga prie superkompiuterio yra gana laisva. Vokiečių mokslininkų komanda pabandė šiame superkompiuteryje atlikt žmogaus smegenų aktyvumo skaitmeninę simuliaciją. Kaip ir IBM projekte, mokslininkai apsiribojo 1,73 milijardais nervų ląstelių ir 10,4 trilijonais sinapsių. Kitaip tariant, mokslininkai simuliavo apie 46 kartus mažesnį už žmogaus kaukolę žmogaus smegenų tūrį.Superkompiuteriui prireikė 40 minučių realaus laiko tam, kad atlikt vienos sekundės trukmės  virtualaus proto veiklos modeliavimą.

Kaip supratote, dabartiniai superkompiuteriai yra tiesiog per lėti, turi per mažai atmintis ir skaičiuojamosios galios tam, kad galėtų imituoti virtualaus žmogaus proto darbą. Jei Muro dėsnis tebegalios iki 2020 metų, superkompiuteriai turėtų pasiekt egzaflopinius skaičiavimų greičius, o viso žmogaus proto modeliavimas taps įmanomas! Skamba gerai? Singuliarumas arti? Ne taip greitai!

Profesorius H. Markmanas labai stipriai sukritikavo 2012 metais Darpos projekto atliktą 4,5 procentų žmogaus smegenų simuliaciją. Jis jau seniau yra kritikavęs savo konkurentus, tiesiai šviesiai sakydamas, kad tai yra su moksline etika prasilenkianti antis! Galite paklausti kodėl? Reikalas tas, kad IBM savo skaičiavimuose naudojo labai paprastą neurono modelį. Daugiau nei 98 procentai neurono yra jo atšakos, branduolys sudaro tik pora procentų. IBM savo modelyje „nupjovė” visas šias atšakas ir paliko tik taškinį centrą. Realus neuronas su kitais neuronais sąveikauja būtent per tas atšakas, turinčias jonų kanalus, kurie užsidaro ir atsidaro. Realus neuronas turi dešimtis tūkstančių proteinų, neuronai naudoja virš 384 skirtingų rūšių neurotransmiterių, mokslas žino bent 30 skirtingų sinaptinių kanalų ir bent 6 skirtingus sinapsių tipus, kurie elgiasi netiesiškai. Viso to nėra neuronų modelyje, kurį naudojo Darpos SyNAPSE projektas. Kitaip tariant, jokio biologinio realizmo tik pigus PR triukas!

Atrodytų, kad viskas yra aišku ir jau nebėra apie ką toliau rašyti, tačiau šio teksto laimei (ir šių eilių autoriaus nelaimei), Japonijoje atlikta simuliacija buvo realistiškesnė. Neuromokslininkai naudoja keletą skirtingų realistiškų neuronų modelių. Pats prof. H. Markmanas naudoja NEURON programinį modelį. Šiame modelyje galima modeliuoti tiek pavienius neuronus, tiek ištisus neuronų tinklus, o tyrėjas gali lanksčiai kaitalioti absoliučiai visus parametrus: pradedant jonų kanalų skaičiumi, laidumu, baigiant ryšių skaičiumi bei ryšių pobūdžiu. Žmogaus proto projektas naudoja šį modelį, nes tikri biologiniai neuronai yra plastiški. Kol mes gyvename, neuronai tai sudaro naujus ryšius, tai nutraukia senus. Tai vadinama plastiškumu. Japonijoje vykusioje simuliacijoje buvo naudojamas kitas modelis – NEST. Šis modelis taip pat yra gana realistiškas, tačiau jis turi vieną minusą – jame nėra to plastiškumo, kuris yra NEURON modelyje. Modelyje galima keisti neuronų tipus, parametrus, ir visą eilė kitų skaičių, tačiau ryšiai tarp neuronų yra fiksuoti.

Kodėl viskas taip yra sudėtinga? Matote, pilnaverčio žmogaus smegenys turi tarp 80 ir 100 milijardų nervinių ląstelių. Jei šis skaičius Jums nieko nesako, tai Paukščių Tako galaktikoje yra panašūs žvaigždžių skaičius. Suprantate? Žmogaus galvoje yra tiek daug ląstelių, kiek mūsų stambiausiame mūsų žvaigždėto dangaus objekte žvaigždžių…

Paskaičiuokime, kokio superkompiuterio mums prireiktų dabartinėmis sąlygomis tam, kad mes galėtume sumodeliuot vieno žmogaus protą. Kaip jau minėjau, K kompiuteris atliko vienos keturiasdešimt šeštosios žmogaus proto veikos simuliaciją. Įsiminkit šį skaičių. Jau rašiau, kad superkompiuteriui prireikė 40 minučių tam, kad apskaičiuot vieną sekundę tos mažos proto dalies veiklą. 40 minučių tai yra 2400 sekundžių. Kitaip tariant, jei žmogaus protą pavyktų perkelt į superkompiuterį, laiko suvokimas sulėtėtų 2400 kartų. Ką tai reiškia? Tai reiškia štai ką. Jei mes norėtume jau dabar apsigyventi elektroninėje erdvėje ir neprarast laiko suvokimą, mums prireiktų 2 400 superkompiuterių kaip K kompiuteris! Bet to negana. Mes gi norėtume persikelt pilnai, o ne tik 1/46 savo esybės. Taigi padauginkime 2400 iš 46. Tai būtų 110 tūkstančių superkompiuterių vien tam, kad VIENO žmogaus protas galėtų funkcionuoti elektroninėje erdvėje.

Vienam superkompiuteriui reikia 11 megavatų elektros energijos. O kiek prireiks 110 tūkstančių? 1.12 teravatų arba 1 120 gigavatų elektros energijos! Jei Jums smalsu, tai stambiausios branduolinės jėgainės pasaulyje vienas blokas (reaktorius) pagamina apie 1.4 gigavato. Ką tai reiškia? Tai reiškia, kad vieno žmogaus proto simuliacijai prireiks apie 860 branduolinių jėgainių. Tiek pasaulyje tikrai nėra ir vargu ar kada bus.

Tam, kad būtų lengviau įsivaizduoti, kas yra 110 000 pastatų, pateiksiu savo gimto miesto pavyzdį. Klaipėda turi apie 200 000 gyventojų. Jei galvoti apie šeimą iš 3 žmonių, Klaipėdoje bus 66 tūkstančiai šeimų, gyvenančių bute. Viename 5 aukštų daugiaaukštyje yra 4 įėjimai, kiekviename aukšte po 3 būtus, taigi turime 5x4x3 arba, grubiai tariant, 1 200 namų. Gaunasi, kad 110 tūkstančių namų plotas bus apie 900 kartų didesnis už Klaipėdos plotą! Klaipėdos miesto plotas yra 98 kvadratiniai kilometrai, pdauginame iš 900 ir gauname 88,2 tūkstančius kvadratinių kilometrų. Klaipėdos apskrities plotas yra 5 209 km2, o Lietuvos plotas yra 65 200 km2. Vieno žmogaus protui sutalpinti mums neužtektų visos Lietuvos! Ką čia bekalbėt apie visos žmonijos protus!

Žinoma, visi šitie skaičiavimai gana gruboki, tačiau jie neįtikėtinai gerai parodo du dalykus. Pirmas, jie mums labai gerai pademonstruoja, koks gi efektyvus gamtos kūrinys yra žmogaus protas ir kokios neefektyvios palyginus su juo yra dabartinės kompiuterinės technologijos. Antras dalykas, kurį jie mums sako, yra tai, kad be brutalios eksponentinio dėsnio jėgos technologinis singuliarumas taip ir liks fantastika.

Bet ką gi mums žada horoskopas ir taro kortos mokslas? Jau esu minėjęs, kad ekspertai sutaria dėl vieno: Muro dėsnis dar keletą metu galios. Tačiau originali Muro dėsnio formuluotė nieko nesako apie kas porą metų dvigubėjantį kompiuterių greitį! Muro dėsnis sako, kad kas porą metų kompiuterių procesoriuose padvigubėja… tranzistorių skaičius. Augantį našumą mums žadėjo Denardo dėsnis, kuris nustojo galioti jau 2005 metais! Galite paklausti, o kaip gi superkompiuterių galios augimas? Matote, nėra viskas taip paprasta. Superkompiuterių galia iki 2005 metų daugiau augo dėl greitesnių procesorių. Nuo 2005 metų iki 2009-2010 metų ji tebeaugo dėl vis didėjančio branduolių skaičiaus. Ar pastebėjote, kad dabar nieko nebestebina 8 branduolių procesoriai namų kompiuteryje? Nuo 2008-2010 metų iki dabarties superkompiuterių našumas didėja dėl to, kad juose atsirado… video žaidimams skirtos vaizdo kortos!

Anot ekspertų vertinimų video kortų atsiradimas superkompiuteriuose davė vienkartinį našumo šuolį, kuris greičiausiai nebepasikartos ateityje. Dėl šios priežasties net tebegaliojant Muro dėsniui, taps vis sunkiau ir sunkiau pagaminti greitesnį ir našesnį superkompiuterį, o žadėti 2020 metai, kuomet superkompiuteriai galės modeliuoti žmogaus protą, gali netikėtai atitolt. Ir, net jei mes 2025 metais sugebėsi pagaminti tokį superkompiuterį, jis greičiausiai sunaudos milijonus kartų daugiau galios nei žmogaus protas, o tam, kad į juos sutalpinti visų planetos gyventojų protus, prireiktų paviršiaus didesnio nei visas mūsų planetos paviršius… Kiek mes nesvajotume apie nuostabias ateities technologijas, mokslas ir gamtas lieka šaltakraujais mūsų fantazijų žudikais.