Рис. 88. Трёхмерная модель мозга в Neuroglancer

Ещё одним важным результатом, полученным в последнее десятилетие, стало создание трёхмерной модели синапса в атомарном разрешении, включающей около 300 000 молекул, принадлежащих к 60 различным белкам[1085], [1086].

Хотя в ходе упомянутых исследований и достигнут несомненный прогресс, конечная цель — наноразмерный коннектом человеческого мозга — пока ещё далеко. Число нейронов в нём сопоставимо с количеством звёзд в Млечном Пути (порядка 1011). При использовании современной технологии обработки изображений потребуются десятки микроскопов, работающих круглосуточно на протяжении тысячи лет, чтобы собрать данные, необходимые для достижения конечной цели.

Удивительно, что лишь недавно удалось обнаружить некоторые новые типы клеток мозга, а также уточнить функции известных ранее клеток. Например, в 2015 г. учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) разработали количественную модель ранее неизвестной взаимосвязи между астроцитами[1087] и нейронами[1088]. А в 2023 г. учёным из Лозаннского университета (Université de Lausanne) удалось обнаружить новую разновидность специализированных астроцитов, участвующих в переносе одного из нейромедиаторов — глутаминовой кислоты (глутамата)[1089]. Словом, в 2020-е гг. рубрика «Новости анатомии» всё ещё не является курьёзным анахронизмом.

Но достижения в области микроскопии, а также разработка более мощных компьютеров и алгоритмов для анализа изображений продвинули область коннектомики вперёд столь быстро, что это удивляет и самих исследователей. «Пять лет назад было слишком амбициозно думать о кубическом миллиметре», — говорил Рэйд в 2019 г. Сегодня многие исследователи считают, что полное картирование мозга мыши, объём которого составляет около 500 кубических миллиметров, станет возможным уже в этом десятилетии. «Сегодня картирование человеческого мозга на синаптическом уровне может показаться невероятным. Но если прогресс в вычислительных мощностях и в научных методах будет идти вперёд теми же темпами, ещё одно тысячекратное увеличение возможностей уже не кажется нам немыслимым»[1090].

BRAIN Initiative — не единственная масштабная программа в этой области. Созданием функциональной модели мозга крысы (с прицелом на мозг человека) заняты и учёные из проектов Blue Brain Project и Human Brain Project. Не стоит на месте и China Brain Project. Пожалуй, при взгляде со стороны сегодняшние усилия в области моделирования мозга напоминают космическую гонку середины XX в.

4.3 История первой модели искусственного нейрона: Мак-Каллок и Питтс

— Да, видите, папенька, — сказал Миша, протирая глазки, — мне всё хотелось узнать, отчего музыка в табакерке играет; вот я принялся на неё прилежно смотреть и разбирать, что в ней движется и отчего движется; думал-думал и стал уже добираться, как вдруг, смотрю, дверца в табакерке растворилась…

Одоевский В. Ф. Городок в табакерке

Но вернёмся в суровую действительность первой половины XX в. Учёные, ставившие перед собой цель создать системы для автоматизации решения интеллектуальных задач, не могли ждать появления биологически достоверных моделей мозга. Только сегодня мы располагаем достаточными знаниями и вычислительными мощностями для того, чтобы попытаться на клеточном уровне симулировать работу нервной системы сравнительно простых живых организмов, таких как, например, нематоды C. elegans (в проектах OpenWorm[1091] и Worminator[1092]) или головастика[1093], [1094]. Если бы пионеры авиации ждали появления биологически достоверных моделей птиц, самолёты и сегодня оставались бы лишь мечтой.

Поиск разумного компромисса между биологической достоверностью моделей и их практической применимостью начался параллельно с созданием первых электронно-вычислительных машин. Истоком исследовательского направления, связанного с применением искусственных нейронных (или, как выражались сами авторы, «нервных») сетей, стала пионерская работа[1095] Уоррена Мак-Каллока и Уолтера Питтса, написанная ими в 1943 г. (эту статью под заголовком «Логическое исчисление идей, имманентных нервной деятельности» (A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity), вышедшую в «Бюллетене математической биофизики» (Bulletin of Mathematical Biophysics), я буду далее по тексту называть просто «статьёй Мак-Каллока и Питтса 1943 г.»). Но, как и в случае с другими трудами, закладывающими основы того или иного направления, работа Мак-Каллока и Питтса появилась не на ровном месте, что становится ясно после знакомства со средой, в которой работали авторы. А история их жизни и творчества весьма поучительна.

4.3.1 Учёный, беспризорник и иммигрант

Уоррен Мак-Каллок родился в Оранже (штат Нью-Джерси, США) 16 ноября 1898 г., в семье Джеймса Мак-Каллока и его жены Мэри Мак-Каллок (Брэдли). Джеймс Мак-Каллок был бизнесменом, собственноручно сколотившим состояние. Он управлял крупным бизнесом, имевшим доли в железнодорожных и горнодобывающих предприятиях. Мать Уоррена была религиозной женщиной, активно участвовавшей в жизни епископальной церкви. Помимо Уоррена, в семье было ещё двое детей: младшая сестра Уоррена Маргарет и его сводный старший брат. Лето семья часто проводила на острове Нантакет у Кейп-Кода, где Уоррен учился плавать и грезил о приключенческом мире кораблей и китобойных капитанов. В 1917 г. он поступил в квакерский колледж в Хаверфорде с намерением стать священником, в соответствии с пожеланиями своей семьи, однако вскоре его привлекли философия и математика (надежды родителей в этом отношении оправдала лишь сестра Уоррена, которая посвятила жизнь религии и стала активной участницей квакерской общины и пацифисткой). Уоррен искал понимания того, кем мы являемся, причём его интересовали не религиозные воззрения, а конкретные механизмы. По его словам, «наконец, мы учимся признавать собственное невежество, избегать суждений и отказываться от объяснения ignoti per ignotium [неизвестных через ещё более неизвестное] — «бога», который показал себя в этом деле столь же бесполезным, как и всё мирское. Вместо этого мы ищем механизмы…»[1096].

Поиск механизмов работы мозга, раскрывающих суть процессов познания, в конечном итоге и стал центральной темой в работе Мак-Каллока.

Окончив колледж в Хаверфорде, Мак-Каллок посвятил себя изучению философии, психологии и «экспериментальной эстетики» в стенах Йельского университета, где в 1921 г. получил степень бакалавра искусств. Двумя годами позже, уже в Колумбийском университете, он получает степень магистра. Следующим этапом в образовании юноши становится звание доктора медицины, полученное Мак-Каллоком в 1927 г. в Колледже врачей и хирургов всё того же Колумбийского университета. После семилетней стажировки в Госпитальном центре Бельвю (Bellevue Hospital Center) в Нью-Йорке Мак-Каллок возвращается в Йельский университет, где с 1934 по 1941 г. работает в Лаборатории нейрофизиологии, а потом переходит на факультет психиатрии Иллинойсского университета в Чикаго (University of Illinois at Chicago).

У его молодого соавтора, Уолтера Питтса, судьба была более сложной — отец Питтса был простым водопроводчиком и часто избивал сына, в итоге мальчик сбегал из дома и фактически