Pojďme si nejprve představit samotný technologický institut. CEITEC je zkratkou z anglického Central European Institute of Technology a vznikl teprve nedávno v roce 2014 ze společného projektu šesti nejvýznamnějších brněnských univerzit a výzkumných institucí. Projekt byl finančně podpořen Evropskou unií (prostřednictvím Operačního programu Věda a výzkum pro inovace). Je významným evropským centrem vědy v oblasti živé přírody, pokročilých materiálů a technologií. Zaměřuje se na nanotechnologie, pokročilé materiály, strukturní biologii, genomiku a proteomiku jak rostlinných systémů, tak i v oblasti veterinární medicíny, molekulární medicíny a výzkumu mozku. CEITEC je vůbec prvním typem vědeckého centra v ČR, které integruje výzkum a vývoj v oblasti věd o živé přírodě a pokročilých materiálů a technologií v takovém rozsahu. Pracuje zde 61 výzkumných skupin s věcně nebo logicky souvisejícím výzkumným zaměřením, které jsou soustředěny do 7 spolupracujících výzkumných programů. Jeden z nich má název Výzkum mozku a lidské mysli a právě o něm jsme se jako zástupci Mensy chtěli dozvědět víc.

Výzkum mozku a lidské mysli

V neurovědním centru v CEITECu Masarykovy univerzity působí 72 lidí, od neurologů přes psychiatry, biomedicínské inženýry až po fyziky a laboranty. Program, který mají na starosti, vznikl pro podporu spolupráce teoretických, experimentálních a klinických studií o mozku a zahrnuje výzkum v oblastech funkční neuroanatomie, neurofyziologie a neuroradiologie (zabývá se metodami zobrazování nervové soustavy), neuropsychologie, neurologie, psychiatrie a výpočetních neurověd. Minimálně ty z vás, kdo se podívali se zájmovou skupinou SIG Manager do výrobce elektronových mikroskopů FEI, do CEITECu NANO na VUT nebo do Ústavu přístrojové techniky Akademie věd, jistě nepřekvapí, že v tomto programu výzkumníci centra každodenně pracují s mapováním struktury a funkce mozku pomocí mnohakanálových EEG a MRI. Umožňuje jim to lepší pochopení fyziologických a patologických změn v nervovém systému získaných z výsledků studií na zvířatech i z pozorování lidského chování.

Konkrétněji v programu Výzkum mozku a lidské mysli se intenzivně zabývají hledáním patofyziologických mechanismů neurodegenerativních nemocí, epilepsie, schizofrenie, hledáním časných strukturálních, funkčních a behaviorálních markerů těchto nemocí, hledáním možností podpory kompenzačních mechanismů prostřednictvím neinvazivní mozkové stimulace, studiem fyziologických a patofyziologických mechanismů sociálního chování. Dále se věnují i dalším zajímavým oblastem, jako je výzkum stresu nebo vnímání hudby. Velký důraz kladou na časné projevy neuropsychiatrických chorob. A to je právě oblast, kterou se dlouhodobě zabývá paní profesorka Rektorová, vedoucí výzkumné skupiny nesoucí název Aplikované neurovědy. Své úsilí momentálně soustředí kolem pochopení a léčby Parkinsonovy nemoci a Alzheimerovy choroby.

Obě totiž úzce souvisí s činností mozku. Zatímco Parkinsonova choroba je spjata s úbytkem nervových buněk v části mozku nazvané Substantia nigra (černá substance) a je spojována především se ztrátou schopnosti ovládat nebo kontrolovat svůj pohyb, Alzheimerova choroba se projevuje ztrátou nervových buněk hned v několika částech mozku a jedná se o nejčastější typ demence – tzn. ztráty paměti a dalších kognitivních schopností.

Špatnou zprávou je, že lékaři prozatím neumí ani jedno z těchto dvou onemocnění vyléčit. U Parkinsonovy nemoci existují pouze prostředky, které umožňují mírnit příznaky nemoci, a u Alzheimerovy choroby přináší léčiva jen poměrně nízký prospěch. Dobrou zprávou naopak je, že paní profesorka Rektorová se svým týmem za pomoci nejnovějších poznatků a moderních technologií již učinila nějaké dílčí pokroky, a tak se v budoucnu diagnostiky v časné fázi nemoci a časem i účinné léčby přece jen možná nakonec dočkáme.

Laboratoře MAFIL

Součástí programu Výzkum mozku a lidské mysli je i rozvoj pokročilého zaznamenávání a zobrazování mozku. K tomu slouží tzv. sdílená laboratoř MAFIL – laboratoř multimodálního a funkčního zobrazování. Jde o laboratoře, které umí snímat lidské tělo ve vysokém magnetickém poli 3 Tesla, elektrofyziologické techniky a expertizy v oblasti funkčního a strukturálního mapování mozku. Jsou zde umístěny dva unikátní tomografy SIEMENS Prisma. Říkáte si, že něco podobného mají i v lépe vybavených nemocnicích? Že tam taky provádějí magnetickou rezonanci? Částečně máte pravdu, podobné přístroje tam i přes jejich velmi vysokou cenu skutečně mají. Jsou však méně výkonné. Ty v laboratořích MAFIL vykazují kromě vysokého výkonu také jedinečnou kombinaci technických a softwarových vlastností. Jsou optimalizované pro výzkum mozku, mají 256kanálový MR kompatibilní elektroencefalogram (EEG) a specializovaný hardware pro stimulaci a zaznamenávání odezvy. Díky tomu snesou srovnání se světovou špičkou. Nejčastěji se na nich provádí výzkum za pomoci multimodálních metod multiparametrických přístupů. To je například simultánní (souběžné) použití EEG a funkčního zobrazování magnetickou rezonancí (EEG-fMRI). Hojně je využívána i metoda tzv. repetitivní transkraniální magnetické stimulace (rTMS) s následným zobrazením v MRI nebo dále metody, které jsou kombinací různých MRI technik, jako je fMRI, DTI, výpočetní neuroanatomie atd.

V laboratořích MAFIL využívají i zapojení obou tomografů do výzkumu současně. Jde o tzv. hyperscanning neboli souběžné měření fMRI dvou soutěžících nebo spolupracujících probandů. A tady se dostáváme k onomu sdílení laboratoří, o kterém jsem se zmínil na začátku. Sdílená laboratoř znamená, že je určena všem výzkumníkům pracujícím v institutu a stejně tak si ji může pronajmout i kdokoliv externí. Samozřejmě je potřeba uhradit zaškolovací poplatek a následný pronájem, který ale není navzdory špičkovému vybavení nijak závratný. Laboratoř tak mohou využít další vzdělávací, rehabilitační, zdravotnická a jiná zařízení. Například ekonomové zde zkoumají psychologii a rozhodování v rámci teorie her. Jiné skupiny zde zase studují fungování zdravého mozku například při vnímání hudby, u rizikového chování řidičů nebo u přeživších holokaust a jejich potomků.

Výhoda? Vše na jednom místě

CEITEC je celkově pro vědce velmi přitažlivý institut. Má totiž kromě zmíněného špičkového vybavení i jinou velkou výhodu. Najdete zde na jednom místě unikátní kombinace znalostí a zdrojů, které jsou neustále aktualizovány a doplňovány participujícími institucemi. Propojují se zde lékařské, biologické nebo fyzikální disciplíny s obory z odlišné části vědního spektra jako je psychologie, antropologie nebo zmíněná ekonomie či hudební věda. Právě taková multioborová atmosféra přináší nové pohledy na věc a je líhní nových nápadů. Díky tomu je tady možné dosahovat kvalitních výsledků rychleji a s vyšším zapojením aplikační sféry.

Poděkování

Za nevšední exkurzi do technologického institutu CEITEC bychom rádi poděkovali především paní prof. MUDr. Ireně Rektorové, Ph.D., vedoucí výzkumné skupiny Aplikované neurovědy při programu Výzkum mozku a lidské mysli, za poutavou přednášku o její práci, která souvisí s výzkumem a léčbou Parkinsonovy nemoci a Alzheimerovy choroby, a dále panu Ing. Michalu Miklovi, Ph.D., vedoucímu Laboratoře multimodálního a funkčního zobrazování, za komentovanou prohlídku laboratoří doplněnou o zajímavou praktickou ukázku.

Autor: Stanislav Wolf

To je pozadí nového filmu, jehož spoluautorem a producentem je Roland Emmerich, režisér apokalyptického trháku 2012 (ale také filmů Den Nezávislosti nebo Hvězdná brána pozn. překl.). Přestože výše napsané může vypadat jako čisté sci-fi, někteří tvrdí, že tato myšlenka je více vědecká, než by se na první pohled zdálo. Film se jmenuje Singularita a je založen na vědecké teorii, která předpovídá, že nové objevy v počítačových a biologických technologiích skutečně vytvoří supermysl – spojení umělé inteligence a lidského mozku. Důsledky by byly tak obrovské, že by, podle teoretiků, lidé již nebyli chápáni jako životní forma v současném slova smyslu. Dalším důsledkem by mohla být „nesmrtelnost“, jelikož by, bez porušení fyzických schránek i mozkových funkcí, mohlo lidské vědomí přežívat věčně. Co je tedy singularita? Jak tato myšlenka vznikla? A je skutečně postavena na vědeckých základech?

Zlomový bod v historii lidstva

Původní použití slova singularita je často připisováno matematikovi Johnu von Neumannovi, který v padesátých letech předpověděl zásadní okamžik ve vývoji našeho druhu. Řekl, že neustále se zvyšující rychlost technologického pokroku se „jak se zdá, přibližuje nějaké zásadní singularitě (tj. okamžiku či bodu) v historii naší rasy, za kterou již věci lidské, jak je známe, nemohou pokračovat“. Tato představa singularity byla převzata z kosmologie, konkrétně z označení hranice časoprostoru, za kterou se již nedají uplatnit klasická pravidla měření, jako je tomu například na hranici černé díry.

Tato myšlenka zůstala málo známým, avšak občas oprašovaným tématem k diskusi ve vědeckých kruzích.

To změnil až Verner Vinge, americký profesor matematiky a spisovatel žánru sci-fi. Tento autor oceňovaných románů Oheň nad Hlubinou (A FireUpon the Deep), Hlubina na nebi (A Deepness in the Sky) a Mírová válka (The Peace War) napsal v roce 1993 zásadní práci pojmenovanou Technologická singularita: Jak přežít v době po lidstvu (The Coming Techological Singularity: How to Survive in the Post-Human Era). V této práci Vinge věštil, že „během 30 let budeme mít technologické prostředky k vytvoření nadlidské inteligence“. Změna bude, jak tvrdí, mimo naše chápaní, skok to bude tak veliký, že bude „pro nás nepochopitelný stejným způsobem, jako je naše současná civilizace nepochopitelná pro zlaté rybky“. Předvídal, že jakmile lidé tyto superinteligentní stroje vyrobí, tato umělá inteligence bude vytvářet další a další zástupce svého druhu. Jakmile k tomu dojde, „skončí doba lidstva“.

Toto téma přijímají autoři sci-fi románů a filmů s nadšením, jak dokazuje mimořádně úspěšná série Terminátor (ve filmu se však lidem podařilo se stroji bojovat, což je věc, kterou Vinge shledává krajně nepravděpodobnou). Singularita mohla zůstat zamilovanou podivínskou teorií milovníků apokalypsy, kdyby nebylo dalšího vědce a dalšího samostatného skvělého mozku. Na scénu přichází Ray Kurzweil…

Dětský génius Kurzweil měl vynalézavou a podnikavou mysl, která mu umožnila patentovat si řadu technologií ještě dřív, než opustil školu. To zahrnovalo projekt používající telefonní relé na výrobu počítacího stroje, počítačový software, který analyzoval statistické odchylky a počítačový program na vyhodnocování dotazníků. Svou první firmu prodal za sto tisíc amerických dolarů a další poplatky, zatímco byl stále studentem MIT (Massachusetts Institute of Technology). Slavným se ale stal hlavně jako spisovatel a vědec. Jeho práce již nějakou dobu směřovala k rozvoji myšlenky singularity a v roce 2005 vydal knihu Singularita je blízko (The Singularity is Near).

Jeho dřívější práce mu umožnily rozvinout jeho myšlenky o superinteligenci a jejím vlivu na lidi. Byly jimi hlavně jeho první kniha Věk inteligentních strojů (The Age ofIntelligent Machines, 1990) a Věk duchovních strojů (The Age of Spiritual Machines, 1998). Ale byla to právě kniha Singularita je blízko, která rozvinula semínka zasetá Neumannem a Vingem.

Na rozdíl od svých předchůdců je však Kurzweil v názoru na vliv supermyslí na lidi optimističtější. Uznává sice, že splynutí lidské mysli se superpočítačem může lidi učinit z biologického hlediska zbytečnými, zároveň však lidské vědomí zůstane nejen zachováno, ale může dokonce dosáhnout nesmrtelnosti. Toho bude dosaženo, až počítače získají dnes nepředstavitelnou výpočetní rychlost a budou schopny modelovat vědomí (tzv. konečná umělá inteligence), což umožní lidem stáhnout své „osobnosti“ do „éterické kostry či rámce“. Tento druh singularity nastane, když „rychlost technologických změn bude tak vysoká a její dopady tak hluboké, až se bude zdát, že se technika rozvíjí nekonečnou rychlostí“.

A ta chvíle, jak říká Kurzweil, může přijít dříve, než si myslíme. Na základě Mooreova zákona, který říká, že rychlost počítačů se zdvojnásobuje a jejich cena se zmenšuje na polovinu každých osmnáct měsíců, předpovídá, že v roce 2029 budou počítačové programy fungovat stejně jako lidský mozek (10 000 bilionů elektrických signálů za vteřinu). Budou také mít „pevné disky“, které budou přesahovat možnosti lidské paměti. Navíc dodává, že v roce 2045 budou počítače tak výkonné, že budou moci „pojmout“ každý mozek na planetě do jediného globálního myšlení – skutečná singularita.

Spolu s tím, dodává, vědci také mohou objevit způsob, jak učinit „nespolehlivé“ lidské orgány jako srdce, plíce, játra a žaludek nepotřebnými. Budou nahrazeny malými „nanoboty“, které převezmou jejich funkce.

Stvoření supermysli – jen zbožné přání?

Tato teorie má samozřejmě své kritiky. Někteří říkají, že je pouze „vykoupením pro technofily“. Další to označují pouze za zbožné přání a poukazují na Kurzweilovu posedlost zdravím a věčným životem. Je pravdou, že Kurzweil se velmi soustředí na zdravý způsob života a napsal o tomto tématu několik knih. Říká se o něm, že každý den užívá na 200 vitamínů a minerálních doplňků a že pravidelně podstupuje specializované kúry na prodloužení života. Jeho otec zemřel kvůli srdečním problémům ve věku 58 let, jeho dědeček ještě mladší a sám Kurzweil trpěl jednu dobu vysokou hladinou cholesterolu a cukrovkou. (Na druhou stranu, ostatní mohou namítat, proč byste neměli dělat vše co můžete k udržení zdraví, když věříte, že jste jen 16 let od šance na „nesmrtelnost“.) Další jednoduše poukazují na fakt, že očekávané datum „příchodu“ supermyslí je neustále upravováno (podobně jako u teorií o konci světa). Kurzweil a jeho příznivci však mohou poukázat na technologický objev, který byl učiněn minulého roku a mohl by ukázat možnost užšího propojení mezi člověkem a počítačem.

Neurologové z Kalifornské univerzity (University of California), navazující na výzkum z oblasti „neurotelepatie“ z roku 2011, oznámili v únoru, že úspěšně provedli několik experimentů, při kterých propojil počítač snímky mozku s „řečí“. Vědci zaznamenávali reakce mozků dobrovolníků, kteří poslouchali lidskou řeč. Když tyto záznamy vložili do počítače, byli překvapeni, když počítač přeložil tyto obrazy do slov. Byl to pouze předběžný text a podařilo se tak reprodukovat jen velmi málo slov, ale mohlo by se jednat o začátek cesty, na jejímž konci by počítače mohly „číst mysl“. Skoro jako ve sci-fi filmu…

To nás přivádí zpět k Rolandu Emmerichovi a jeho filmu Singularita. Po přečtení prvních návrhů scénáře (a možná i vzhledem ke kritice kvality vědeckého pozadí ve svém předchozím filmu 2012) se Emmerich rozhodl přizvat na pomoc experta Raye Kurzweila. A příběh pokračuje.

Převzato z Mensa International Journal, červenec 2012.

Mozek myši je znázorněn v asi 500 obrázcích, z nichž každý představuje 20 mikrometrů široký řez mozkovou tkání. Software a vysoké rozlišení fotografií dovoluje uživateli „cestovat z jednoho konce mozku na druhý“ a umožňuje tak sledovat prostorové cesty mozkem podél neuronových spojů. Cesty zobrazují neuronové vstupy a výstupy daných částí mozku.

„Používáme ‚brokovnicovou  mřížkovou metodu pro sledování neuronových oblastí, kterou jsme sami před několika lety vymysleli a která se, jak rád dodávám, v neurologické komunitě uchytila.“ říká Partha P. Mitra, Ph.D., profesor biomatematiky v CSHL a vedoucí projektu Architektury Myšího Mozku (Mouse Brain Architecture Project, MBA). „Po prvním červnu budou data dále zveřejňována každý měsíc,“ říká Mitra.

Převzato z Mensa International Journal, 8/2012, č. 560.