Življenje v digitalnem svetu: kako je računalniška tehnologija vgrajena v možgane?

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Naši možgani so prilagojeni za življenje v jami in ne za obdelavo neprekinjenih tokov informacij - študije kažejo, da so se v svojem evolucijskem razvoju ustavili pred 40-50 tisoč leti. Psihofiziolog Alexander Kaplan je v svojem predavanju "Stik z možgani: realnosti in fantazije" povedal, kako dolgo se bo človek lahko spopadel z življenjem v razmerah ogromnih avtocest, premikov po planetu in neskončnih prihodov in tudi kako se lahko sami popravimo. ali pa vse pokvari s pomočjo umetne inteligence …

Predstavljajte si situacijo: človek pride v trgovino, izbere rogljiček, ga da blagajni. Pokaže jo drugi blagajničarki in vpraša: "Kaj je to?" Odgovori: "40265". Blagajničarjem je več vseeno, kako se rogljiček imenuje, pomembno je, da je »40265«, saj računalnik v blagajni zaznava številke, ne pa imen žemljic. Postopoma se vse potopi v digitalni svet: živimo poleg računalniške tehnologije, ki fizične objekte razume kot digitalne, in smo se prisiljeni prilagajati. Bliža se doba interneta stvari, ko bodo vsi fizični objekti predstavljeni v digitalni obliki in bo internet postal lastnik našega hladilnika. Vse se bo vrtelo skozi številke. A težava je v tem, da je intenzivnost informacijskih tokov že prevelika za naša ušesa in oči.

Nedavno je bila razvita metoda za natančno določanje števila živčnih celic v možganih. Prej je veljalo, da jih je 100 milijard, vendar je to zelo približna številka, saj so bile meritve izvedene po ne povsem pravilni metodi: vzeli so majhen košček možganov, pod mikroskopom so prešteli število živčnih celic v njej, ki se je nato pomnožila s skupnim volumnom. V novem poskusu so v mešalniku mešali homogeno maso možganov in prešteli jedra živčnih celic, in ker je ta masa homogena, lahko nastalo količino pomnožimo s celotnim volumnom. Izkazalo se je 86 milijard. Po teh izračunih ima miška na primer 71 milijonov živčnih celic, podgana pa 200. Opice imajo približno 8 milijard živčnih celic, torej je razlika s človekom 80 milijard. Zakaj je bilo gibanje pri živalih progresivno in zakaj je bil prelom s človekom tako oster? Kaj lahko naredimo mi, česar opice ne morejo?

Najsodobnejši procesor ima dve do tri milijarde operacijskih enot. Človek ima samo 86 milijard živčnih celic, ki niso enake operativni enoti: vsaka od njih ima 10-15 tisoč stikov z drugimi celicami in v teh stikih je rešeno vprašanje prenosa signala, kot v operacijskem sistemu. enote tranzistorjev. Če teh 10-15 tisoč pomnožite s 86 milijardami, dobite milijon milijard stikov – toliko je operativnih enot v človeških možganih.

Slonovi možgani tehtajo štiri kilograme (v najboljšem primeru človeški en in pol) in vsebujejo 260 milijard živčnih celic. Od opice nas loči 80 milijard, slon pa je dvakrat dlje od nas. Izkazalo se je, da število celic ni v korelaciji z intelektualnim razvojem? Ali pa so sloni šli v drugo smer, pa jih preprosto ne razumemo?

Dejstvo je, da je slon velik, ima veliko mišic. Mišice so sestavljene iz vlaken velikosti človeka ali miši, in ker je slon veliko večji od človeka, ima več mišičnih vlaken. Mišice nadzorujejo živčne celice: njihovi procesi se prilegajo vsakemu mišičnemu vlaknu. V skladu s tem slon potrebuje več živčnih celic, ker ima več mišične mase: od 260 milijard slonovih živčnih celic je 255 ali 258 milijard odgovornih za nadzor mišic. Skoraj vse njegove živčne celice se nahajajo v malih možganih, ki zavzemajo skoraj polovico možganov, saj se tam izračunajo vsi ti gibi. V resnici se v malih možganih nahaja tudi 86 milijard človeških živčnih celic, a jih je v skorji še vedno bistveno več: ne dve ali tri milijarde, kot pri slonu, ampak 15, tako da imajo naši možgani neizmerno več stikov kot sloni. Po kompleksnosti nevronske mreže smo ljudje občutno prehiteli živali. Človek zmaguje s kombinatoričnimi veščinami, to je bogastvo možganske snovi.

Možgani so zelo zapleteni. Za primerjavo: človeški genom je sestavljen iz treh milijard parnih elementov, ki so odgovorni za kodiranje. Toda kode v njem so popolnoma drugačne, zato možganov ni mogoče primerjati z genomom. Vzemimo najpreprostejše bitje - amebo. Potrebuje 689 milijard parov kodirnih elementov - nukleotidov. V ruščini je 33 elementov kodiranja, vendar je iz njih mogoče sestaviti 16 tisoč besed Puškinovega slovarja ali več sto tisoč besed celotnega jezika. Vse je odvisno od tega, kako so same informacije sestavljene, kakšna je koda, kako kompaktna je. Očitno je ameba to storila izjemno negospodarsko, saj se je pojavila na zori evolucije.

Težava z možgani je, da so normalen biološki organ. Ustvarjen je evolucijsko, da bi se živo bitje prilagodilo svojemu okolju. Dejansko so se možgani ustavili v svojem evolucijskem razvoju pred 40-50 tisoč leti. Raziskave kažejo, da je kromanjonski človek že imel lastnosti, ki jih ima sodobni človek. Na voljo so mu bile vse vrste dela: zbiranje materiala, lov, poučevanje mladine, krojenje in šivanje. Posledično je imel vse osnovne funkcije – spomin, pozornost, mišljenje. Možgani se niso imeli kam razvijati iz preprostega razloga: človek je postal tako inteligenten, da je lahko prilagodil okoljske razmere svojemu telesu. Preostale živali so morale spremeniti svoje telo za okoljske razmere, kar traja na stotine tisoč in milijone let, mi pa smo si okolje popolnoma spremenili v samo 50 tisoč.

Možgane so za življenje zaprli v jamo. Je pripravljen na sodobne palače in informacijske tokove? Malo verjetno. Kljub temu je narava varčna, žival izostri za življenjski prostor, v katerem obstaja. Človekovo okolje se je seveda spremenilo, vendar se je njegovo bistvo malo razlikovalo. Kljub dramatičnim spremembam, ki so se zgodile že od antike, je mehanika okolja v rutinskem smislu ostala enaka. Kako se je spremenila dejavnost oblikovalcev, ki izdelujejo raketo namesto Žigulija? Seveda je razlika, a pomen dela je enak. Zdaj se je okolje bistveno spremenilo: ogromne avtoceste, neskončni telefonski klici in vse to se je zgodilo v samo 15–35 letih. Kako se bodo jamsko polirani možgani spopadli s tem okoljem? Multimedija, ogromne, neustrezne hitrosti pretoka informacij, nova situacija s premiki po planetu. Ali obstaja nevarnost, da možgani ne prenesejo več takšnih obremenitev?

Obstaja študija o pojavnosti ljudi od leta 1989 do 2011. V zadnjih 20 letih se je umrljivost zaradi srčno-žilnih in onkoloških bolezni zmanjšala, vendar se število nevroloških motenj (težave s spominom, anksioznost) v istem času močno povečuje. Nevrološke bolezni je še vedno mogoče razložiti z vedenjskimi težavami, a prav tako hitro raste število psihičnih bolezni, hkrati pa postanejo kronične. Te statistike so signal, da možgani ne zmorejo več. Morda to ne velja za vse: nekdo hodi na predavanja, bere knjige, nekoga vse zanima. Toda rojeni smo različni, zato so možgani nekoga bolje pripravljeni zaradi genetske variacije. Delež ljudi z nevrološkimi boleznimi postaja zelo pomemben, kar kaže, da je šel proces v slabo smer. Tretje tisočletje je izziv za nas. V cono smo vstopili, ko so možgani začeli pošiljati signale, da okolje, ki smo ga ustvarili, zanj ni uporabno. Postalo je bolj zapleteno od tega, kar nam lahko zagotovijo možgani v smislu prilagajanja. Zaloga orodja, nabrušenega za jamo, se je začela izgubljati.

Eden od dejavnikov, ki jih je ustvaril človek, ki pritiskajo na človeške možgane, je, da so številne odločitve zdaj povezane z verjetnostjo resne napake, kar močno otežuje izračune. Prej je bilo vse, kar smo se naučili, zlahka avtomatizirano: enkrat smo se naučili voziti kolo, potem pa možgani niso skrbeli za to. Zdaj obstajajo procesi, ki niso avtomatizirani: nenehno jih je treba spremljati. To pomeni, da moramo poklicati rešilca ali se vrniti v jame.

Katere naprednejše načine reševanja tega problema imamo? Morda je vredno kombinirati z umetno inteligenco, ki bo izboljšala pretok: zmanjšajte hitrost, kjer je previsoka, iz vidnega polja izključite informacije, ki so trenutno nepotrebne. Samodejni krmilniki, ki nam lahko pripravijo informacije, so podobni primarnim tehnikam kuhanja: žvečijo jo, da jo lahko porabimo, ne da bi zapravljali veliko energije. Ko je moški začel kuhati hrano na ognju, je prišlo do zelo velikega preboja. Čeljusti so se zmanjšale, v glavi pa je bilo prostora za možgane. Morda je prišel trenutek, da razčlenimo informacije okoli nas. Toda kdo bo to storil? Kako združiti umetno inteligenco in naravno inteligenco? In tu se pojavi tak koncept, kot je nevronski vmesnik. Zagotavlja neposreden stik možganov z računalniškim sistemom in postane analog kuhanja hrane na ognju za to stopnjo evolucije. V takem triu bomo lahko obstajali še 100-200 let.

Kako to uresničiti? Umetna inteligenca v njenem običajnem pomenu skoraj ne obstaja. Zelo inteligentna igra šaha, v kateri človek nikoli ne bo premagal računalnika, je podobna tekmovanju v dvigovanju uteži z bagrom in ne gre za tranzistorje, ampak za program, ki je za to napisan. To pomeni, da so programerji preprosto napisali algoritem, ki zagotavlja konkreten odgovor na določeno potezo: ni umetne inteligence, ki bi sama vedela, kaj storiti. Šah je igra s končnim številom scenarijev, ki jih je mogoče našteti. Toda na šahovnici je deset smiselnih položajev do 120. To je več kot število atomov v vesolju (deset v 80.). Šahovski programi so izčrpni. Se pravi, zapomnijo si vse prvenstvene in velemojstrske igre, to pa so že zelo majhne številke za naštevanje. Oseba naredi potezo, računalnik izbere vse igre s to potezo v sekundah in jih spremlja. Z informacijami o že igranih igrah lahko vedno igrate optimalno igro in to je čista prevara. Na nobenem prvenstvu šahist ne bo smel s seboj vzeti prenosnika, da bi videl, katero igro je kdo in kako igral. In stroj ima 517 prenosnikov.

Obstajajo igre z nepopolnimi informacijami. Na primer, poker je psihološka igra, ki temelji na blefu. Kako bo stroj igral proti osebi v situaciji, ki je ni mogoče v celoti izračunati? Vendar so pred kratkim napisali program, ki se s tem odlično spopada. Skrivnosti je preveč. Stroj se igra sam s seboj. V 70 dneh je odigrala več milijard iger in si nabrala izkušnje, ki so veliko večje od vseh igralk. S tovrstno prtljago lahko napovedujete rezultate svojih potez. Zdaj so avtomobili dosegli 57%, kar je povsem dovolj za zmago v skoraj vsakem primeru. Človek ima srečo približno enkrat na tisoč iger.

Najbolj kul igra, ki je ne more prevzeti nobena surova sila, je go. Če je število možnih položajev v šahu deset na 120. potenco, potem jih je deset na 250. ali 320., odvisno od tega, kako štejete. To je astronomski kombinatorizem. Zato je vsaka nova igra v Go edinstvena: raznolikost je prevelika. Nemogoče je ponoviti igro - tudi na splošno. Spremenljivost je tako velika, da igra skoraj vedno sledi edinstvenemu scenariju. Toda leta 2016 je program Alpha Go začel premagati osebo, ki je pred tem igral sam s seboj. 1200 procesorjev, 30 milijonov pomnilniških pozicij, 160 tisoč človeških serij. Noben živi igralec nima takšnih izkušenj, zmogljivosti pomnilnika in hitrosti reakcije.

Skoraj vsi strokovnjaki menijo, da je do umetne inteligence še daleč. Toda prišli so do takšnega koncepta, kot je "šibka umetna inteligenca" - to so sistemi za avtomatizirano inteligentno odločanje. Nekatere odločitve za osebo zdaj lahko sprejema stroj. Podobni so človeškim, vendar jih sprejemajo, tako kot v šahu, ne z intelektualnim delom. Toda kako naši možgani sprejemajo intelektualne odločitve, če je stroj veliko močnejši tako v spominu kot hitrosti? Človeški možgani so sestavljeni tudi iz številnih elementov, ki sprejemajo odločitve na podlagi izkušenj. Se pravi, izkaže se, da naravne inteligence ni, da smo tudi hodi računalniški sistemi, samo naš program je napisan sam?

Fermatov izrek je že dolgo domneva. 350 let so najvidnejši matematiki to poskušali analitično dokazati, torej sestaviti program, ki bo na koncu korak za korakom na logičen način dokazal, da je ta predpostavka resnična. Perelman je menil, da je dokazovanje Poincaréjevega izreka svoje življenjsko delo. Kako so bili ti izreki dokazani? Poincaré in Perelman v glavi nista imela analitičnih rešitev, obstajale so le domneve. Kateri je genij? Za genija se lahko šteje tisti, ki je ustvaril izrek: predlagal je nekaj, do česar ni imel nobenega analitičnega pristopa. Od kod mu ta pravilna domneva? K njemu ni prišel s surovo silo: Fermat je imel le nekaj možnosti, tako kot Poincaré, medtem ko je bila pri določenem vprašanju le ena domneva. Fizik Richard Feynman je zaključil, da v skoraj nobenem primeru ni bilo velikega odkritja narejeno analitično. Kako potem? Feynman odgovori: "Uganili so."

Kaj pomeni "ugibati"? Za obstoj ni dovolj, da vidimo, kaj je, in se na podlagi teh informacij odločamo. V spomin je treba shraniti nekaj, kar bo kasneje koristno. Toda ta stopnja ni dovolj za manevriranje v zapletenem svetu. In če evolucija izbere posameznike za vedno bolj subtilno prilagajanje okolju, potem se mora v možganih rojevati vedno več subtilnih mehanizmov, da bi to okolje napovedali, izračunali posledice. Primerek se igra s svetom. Postopoma se je pojavila možganska funkcija, ki omogoča gradnjo dinamičnih modelov zunanje resničnosti, mentalnih modelov fizičnega sveta. Ta funkcija se je prilagodila evolucijski izbiri in se začela izbirati.

V človeških možganih se je očitno razvil zelo kakovosten miselni model okolja. Odlično napoveduje svet tudi tam, kjer še nismo bili. Ker pa je svet okoli nas celosten in je v njem vse medsebojno povezano, bi moral model to medsebojno povezanost ujeti in biti sposoben predvideti, kaj ni bilo. Človek je pridobil popolnoma edinstveno priložnost, ki ga je močno odlikovala v evolucijski seriji: z uporabo modelov okolja je lahko reproduciral prihodnost v nevronih svojih možganov. Ni vam treba teči za mamutom, morate ugotoviti, kam bo tekel. Da bi to naredili, je v glavi model z dinamičnimi značilnostmi mamuta, pokrajine, živalskih navad. Kognitivna psihologija vztraja, da delamo z modeli. Tu se porabi 80 milijard nevronov: vsebujejo jih. Model sveta matematike, sveta matematičnih abstrakcij je zelo raznolik in nakazuje, kako je treba zapolniti to ali ono vrzel, ki še ni bila premišljena. Iz tega modela izhajajo domneve, tako kot intuicija.

Zakaj opice ne morejo delati na popolnih modelih fizičnega sveta? Navsezadnje obstajajo na Zemlji več sto milijonov let dlje kot ljudje. Opice ne morejo zbirati informacij o svetu okoli sebe. V kakšnih enotah ga bodo opisali? Živali še niso razvile metode za kompaktno in sistematično modeliranje zunanjih informacij v možganih z možnostjo delovanja na njih. Oseba ima takšno metodo in ob upoštevanju najmanjših podrobnosti. To je jezik. S pomočjo jezika smo s pojmi označili vsa najmanjša zrnca peska na tem svetu. Tako smo fizični svet presadili v duševni. To so imena, ki krožijo v miselnem svetu brez kakršne koli mase. S pisanjem naslovov s pomočjo kompleksnih možganskih struktur, kot pri programiranju v računalniku, pridobimo izkušnje komuniciranja s svetom. Povezave nastanejo med pojmi. Vsak koncept ima zastavice, ki jim lahko dodate dodatne pomene. Tako raste velik sistem, ki deluje asociativno in z naslovi odreže nepotrebne vrednosti. Tak mehanik mora biti podprt z zelo zapleteno strukturo omrežja.

Naše razmišljanje temelji na ugibanjih. Ni nam treba šteti različic šahovskih figur - imamo dinamičen model šahovske igre, ki pove, kam se premakniti. Ta model je soliden, ima tudi izkušnje s prvenstvenimi igrami, vendar je boljši, ker napoveduje malo prej. Stroj si zapomni samo tisto, kar je, naš model je dinamičen, lahko ga zaženete in igrate pred krivuljo.

Ali je torej mogoče združiti možgane in umetno inteligenco, čeprav zmanjšano in zmanjšano v pravicah, tako da ustvarjalne naloge ostanejo pri človeku, spomin in hitrost pa pri stroju? V Združenih državah je devet milijonov tovornjakov. Trenutno jih lahko nadomestijo avtomatizirani sistemi odločanja: vse proge so zelo lepo označene, na progi so celo senzorji tlaka. Toda gonilniki ne nadomeščajo računalniki iz socialnih razlogov, kar je tako v različnih panogah. Obstaja tudi nevarnost, da bo sistem deloval v nasprotju z interesi osebe in postavil ekonomske koristi na vrh. Takšne situacije bodo seveda programirane, a vsega je nemogoče predvideti. Ljudje bodo prej ali slej padli v službo, stroji jih bodo uporabljali. Od človeka bodo ostali le možgani, sposobni ustvarjalnih rešitev. In ni nujno, da je to posledica zarote strojev. V podobno situacijo se lahko zapeljemo tudi sami s programiranjem strojev tako, da pri izpolnjevanju zastavljenih nalog ne bodo upoštevali človeških interesov.

Elon Musk se je domislil poteze: človek bo hodil z nahrbtnikom z računalniško močjo, na katero se bodo možgani po potrebi obračali. Toda da bi strojem dodelili določene naloge, je potreben neposreden stik z možgani. Od možganov do nahrbtnika bo potekal kabel ali pa bo avto zašit pod kožo. Takrat bo oseba v celoti preskrbljena s transcendentalnim spominom in hitrostjo. Ta elektronska naprava se ne bo pretvarjala, da je oseba v zgodovini, za delodajalce pa bo oseba razširila svoje zmožnosti. Tovornjak si bo lahko privoščil spanje v avtu: poganjal ga bo intelekt, ki bo v kritičnem trenutku prebudil možgane.

Kako se povezati z možgani? Imamo vsa tehnična sredstva. Poleg tega na stotine tisoč ljudi že hodi s takšnimi elektrodami iz zdravstvenih razlogov. Za odkrivanje žarišča epileptičnega napada in njegovo zaustavitev so nameščene naprave, ki beležijo električno aktivnost možganov. Takoj ko elektrode opazijo znake napada v hipokampusu, ga ustavijo. V ZDA obstajajo laboratoriji, v katerih vgrajujejo takšne naprave: kost se odpre in plošča z elektrodami se vstavi v skorjo za en milimeter in pol, do njene sredine. Nato se namesti še ena matrica, približa se ji palica, pritisne se gumb in ta ostro, z velikim pospeškom udari v matrico, tako da vstopi v lubje za en milimeter in pol. Nato se odstranijo vse nepotrebne naprave, kost se zašije in ostane le majhen konektor. Poseben manipulator, ki kodira elektronsko aktivnost možganov, omogoča človeku, da upravlja na primer robotsko roko. Toda to se trenira z velikimi težavami: človek potrebuje več let, da se nauči nadzorovati takšne predmete.

Zakaj so elektrode implantirane v motorično skorjo? Če motorična skorja nadzoruje roko, to pomeni, da morate od tam prejemati ukaze, ki nadzorujejo manipulatorja. Toda ti nevroni so navajeni nadzorovati roko, katere naprava se bistveno razlikuje od manipulatorja. Profesor Richard Anderson je prišel na idejo o vsaditvi elektrod v območje, kjer se rojeva akcijski načrt, vendar gonilniki za nadzor gibalnih pogonov še niso razviti. Vsadil je nevrone v parietalno regijo, na stičišču slušnega, vidnega in motoričnega dela. Znanstveniki so uspeli celo v dvosmernem stiku z možgani: razvita je bila kovinska roka, na kateri so bili nameščeni senzorji, ki stimulirajo možgane. Možgani so se naučili razlikovati med stimulacijo vsakega prsta posebej.

Drug način je neinvazivna povezava, pri kateri se elektrode nahajajo na površini glave: kar klinike imenujejo elektroencefalogram. Ustvari se mreža elektrod, v kateri vsaka elektroda vsebuje mikrovezje, ojačevalnik. Omrežje je lahko žično ali brezžično; informacije gredo neposredno v računalnik. Človek se mentalno trudi, spremembe potencialov njegovih možganov se spremljajo, razvrščajo in dešifrirajo. Po prepoznavanju in razvrščanju se informacije posredujejo ustreznim napravam – manipulatorjem.

Druga poteza je socializacija bolnikov z motoričnimi in govornimi motnjami. V projektu Neurochat je pred pacienta postavljena matrika s črkami. Njegovi stolpci in vrstice so označeni, in če izbira pade na vrstico, ki jo oseba potrebuje, elektroencefalogram odčita nekoliko drugačno reakcijo. Enako se zgodi s stolpcem in črko, ki jo oseba potrebuje, najdemo na križišču. Zanesljivost sistema je trenutno 95-odstotna. Poskrbeti je bilo treba, da se je pacient preprosto povezal z internetom in opravljal kakršne koli naloge, zato v matriko niso bile dodane samo črke, temveč tudi ikone, ki označujejo določene ukaze. Pred kratkim je bil zgrajen most med Moskvo in Los Angelesom: bolniki iz lokalnih klinik so lahko vzpostavili stik prek dopisovanja.

Najnovejši razvoj na področju stikov z možgani so nevrosimbiotične skupine, ki jih ne nadzorujejo črke, temveč spominske celice stroja. Če vzamemo osem celic ali en bajt, potem lahko s takim kontaktom izberemo eno od celic in vanjo zapišemo enoto informacije. Tako komuniciramo z računalnikom in vanj zapišemo isti "40265". Celice vsebujejo tako vrednosti, ki jih je treba operirati, kot tudi postopke, ki jih je treba uporabiti za te celice. Torej - brez vdora v možgane, ampak z njihove površine - lahko upravljate z računalnikom. Znanstveniki o materialih so pripravili zelo tanko žico, pet mikronov, izolirano po celotni dolžini, v njena vozlišča pa so bili nameščeni senzorji električnega potenciala. Žica je zelo elastična: lahko jo vržete čez predmet s poljubnim reliefom in tako zbere električno polje s katere koli, najmanjše površine. To mrežico lahko zmešamo z gelom, zmes damo v brizgo in injiciramo v mišjo glavo, kjer se bo zravnala in se usedla med možganske režnje. Toda mešanica ne more priti v možgane same, zato je nova ideja vbrizgati mrežo v možgane, ko se šele začenja oblikovati, v embrionalni fazi. Potem bo v masi možganov in celice bodo začele rasti skozi njo. Tako dobimo oklepne možgane s kablom. Takšni možgani lahko hitro ugotovijo, na katerem področju je treba spremeniti potencial računalnika za opravljanje določenih nalog ali zapisovanje informacij v njegove celice, ker deluje z elektrodami že od rojstva. In to je polni stik.