Mapa, która nie wystarcza

Nicień Caenorhabditis elegans ma 302 neurony. Nie 302 tysiące - 302. Jego kompletną mapę połączeń opublikowano w 1986 roku, po kilkunastu latach ręcznego śledzenia synaps na tysiącach zdjęć z mikroskopu elektronowego.

Minęło czterdzieści lat. Nie istnieje model, który na podstawie tej mapy odtwarzałby zachowanie zwierzęcia.

To jedno zdanie mówi o emulacji mózgu więcej niż wszystkie prognozy razem wzięte - i jest jednocześnie najczęściej pomijane w doniesieniach o mapowaniu mózgów.

Z góry zaznaczmy, czego tu nie rozstrzygamy: pytanie, czy działająca emulacja byłaby tą samą osobą co oryginał, jest osobne i nie rozstrzyga go żaden pomiar. Zostawiamy je problemowi ciągłości tożsamości i zajmujemy się wyłącznie tym, co da się zmierzyć.

Co daje konektom

Nie należy z powyższego wyciągać wniosku, że konektomika jest bezwartościowa. Jest przeciwnie.

Konektom to graf: neurony jako węzły, synapsy jako krawędzie. Dostarcza rzeczy, których nie sposób uzyskać inaczej - pełnej listy połączeń, ich typów i rozmieszczenia. U nicienia pozwolił zidentyfikować obwody odpowiadające za konkretne zachowania. U muszki owocowej, której konektom dorosłego mózgu opublikowano w 2024 roku, ujawnił strukturę obwodów wzrokowych i ruchowych, których dotąd nie dało się prześledzić.

W 2025 roku konsorcjum MICrONS poszło o krok dalej i zrobiło coś, czego wcześniej nie robiono: połączyło strukturę z funkcją w tej samej tkance. Zapis aktywności około 75 tysięcy neuronów w korze wzrokowej żywej, przytomnej myszy oglądającej filmy, zestrojony przestrzennie z rekonstrukcją elektronomikroskopową obejmującą ponad 200 tysięcy komórek i pół miliarda synaps.

To jest pierwszy krok od mapy do modelu. Warto tylko wiedzieć, jak długa jest reszta drogi.

Dlaczego mapa nie wystarcza

Analogia, która ufundowała tę dziedzinę - konektom jako genom układu nerwowego - załamuje się w jednym miejscu, i to miejsce jest decydujące.

Genom jest zapisem, który komórka odczytuje. Konektom jest stanem chwilowym układu, który sam siebie przebudowuje.

Czego mapa nie zawiera:

• Siły połączeń, zmieniające się w skali sekund i będące fizycznym nośnikiem uczenia się.
• Modulacji chemicznej - substancji rozchodzących się w tkance poza synapsami i zmieniających zachowanie całych obwodów.
• Stanu komórek glejowych, których w mózgu jest porównywalnie dużo co neuronów i które biorą udział w przetwarzaniu.
• Dynamiki wewnątrz neuronu - progów, przebiegów czasowych, stanu metabolicznego.

Raport Whole Brain Emulation: A Roadmap z 2008 roku, który do dziś jest punktem odniesienia dla całej dyskusji, rozkłada emulację na cztery warunki: skanowanie, poziom opisu, model dynamiki i moc obliczeniową. Konektom odpowiada na pierwszy z nich. Trzeci - model dynamiki - pozostaje otwarty i to on jest wąskim gardłem, o którym mówi przypadek nicienia.

Trzy skale, jedno słowo

Źródło większości nieporozumień w doniesieniach:

• Mikrokonektom - pojedyncze neurony i synapsy, mikroskopia elektronowa. Jedyna skala, na której „kompletny” cokolwiek znaczy. Wymaga utrwalenia tkanki, więc zwierzę tego nie przeżywa.
• Mezokonektom - połączenia między grupami neuronów.
• Makrokonektom - połączenia między obszarami mózgu, badane rezonansem u żywych ludzi.

Zdanie „zmapowano ludzki mózg” jest prawdziwe dla trzeciej skali i fałszywe dla pierwszej. Obie występują w mediach pod tą samą nazwą.

Ile to jest jedna tysięczna

Milimetr sześcienny kory myszy - dorobek konsorcjum MICrONS - to ilość tkanki mieszcząca się na główce od szpilki. Odpowiada mniej więcej jednej tysięcznej mózgu myszy.

Mózg człowieka ma około 86 miliardów neuronów. Przeskok z fragmentu mysiej kory na cały mózg ludzki nie jest jednak głównie kwestią mnożenia. Przy każdym rzędzie wielkości zmieniają się metody: co da się zrobić ręcznie przy trzystu neuronach, wymaga automatyzacji przy stu tysiącach, a przy miliardach - metod, których nie ma.

Co z tego wynika

Konektomika jest dziedziną, która w ciągu dekady przeszła od heroicznej pracy ręcznej do przemysłowej skali - i to jest realny postęp, którego nie należy umniejszać.

Nie jest natomiast tym, za co bywa brana. Mapa połączeń to schemat okablowania, a nie urządzenie. Przejście od jednego do drugiego jest osobnym, nierozwiązanym problemem - i nie rozwiąże go przeskalowanie, bo nie rozwiązano go nawet tam, gdzie skala jest trywialna.

Praktyczna zasada przy czytaniu doniesień z tej dziedziny mieści się w jednym pytaniu: czy mowa o odwzorowaniu struktury, czy o odtworzeniu działania?

To pierwsze robi się dziś w rosnącej skali i regularnie trafia do nagłówków. To drugie nie zostało wykonane ani razu - dla żadnego organizmu, łącznie z tym, który ma trzysta neuronów i jest opisany od czterdziestu lat.