Dołącz do czytelników
Brak wyników

Mózg i umysł , Laboratorium

22 stycznia 2016

Daleko nam do sztucznego mózgu

0 381

Czy możliwe jest zbudowanie sztucznego mózgu? Jeśli chodzi o mózg człowieka, to odpowiedź brzmi: nie. Nie oznacza to jednak, że nie można zbudować żadnego sztucznego mózgu.

System taki jak ludzki mózg jest aktualnie niemożliwy do odtworzenia w postaci technicznego modelu. I to z wielu powodów. Po pierwsze, pomimo tego, że umiemy już (i to całkiem dobrze!) modelować poszczególne pojedyncze neurony, to nie potrafimy ich jednak wytworzyć tak wielu, żeby wystarczyło do zbudowania modelu naszego własnego mózgu, gdyż zawiera on tychże biologicznych procesorów naprawdę niewiarygodnie wiele – od kilkunastu do kilkudziesięciu miliardów. To o wiele więcej niż liczba wszystkich ludzi żyjących obecnie na świecie, a warto przypomnieć znamienny fakt, że obecnie żyje na Ziemi około jedna piąta wszystkich ludzi, którzy urodzili się w ciągu całej dającej się prześledzić historii ludzkości, to znaczy w ciągu ostatnich sześciu tysięcy lat!


Po drugie, gdybyśmy nawet mieli pod dostatkiem „neuronowego budulca”, to i tak nie będziemy wiedzieli, jak go użyć do odtworzenia struktury mózgu, bo wciąż jeszcze tej struktury po prostu dokładnie nie znamy. Dlatego nie potrafimy precyzyjnie odtworzyć w systemie technicznym całej tej skomplikowanej sieci połączeń, która kształtuje strukturę, a przez to formuje także wszystkie wrodzone właściwości i talenty rzeczywistego mózgu.

POLECAMY


Po trzecie wreszcie, nie wiemy, jakie jest szczegółowe działanie poszczególnych elementów oraz całego systemu. Pomimo ogromnego postępu wiedzy na temat anatomii, biochemii i fizjologii mózgu, wiedza ta wciąż jeszcze nie jest wystarczająco szczegółowa i dostatecznie dokładna, żeby w ogóle można było mówić tu o jakimś dobrze poznanym schemacie funkcjonalnym, na tyle czytelnym i zrozumiałym, żeby był możliwy do technicznego naśladowania.


Jeśli chodzi o wiedzę neurobiologiczną, to przypomina ona ciągle ser szwajcarski. Mamy już dużo konkretnych i smakowitych treści, ale co kawałek pojawiają się jakieś dziury. Dlatego – mimo fenomenalnie przebadanych pewnych zagadnień szczegółowych – pozostaje wciąż jeszcze wiele zagadnień przeanalizowanych jedynie bardzo ogólnie albo takich, dla których wyniki badań bywają rozbieżne i nie dają jednoznacznych odpowiedzi na interesujące nas pytania. Wiedząc bardzo dużo o funkcjonowaniu mózgu, wiemy wciąż bardzo mało, bo dla wielu fundamentalnych kwestii istnieje przynajmniej kilka konkurencyjnych teorii wyjaśniających obserwowane zjawiska. Oznacza to ni mniej ni więcej tylko tyle, że w kategoriach precyzyjnej wiedzy przyczynowo-skutkowej na temat biologicznych podstaw naszego intelektu i naszych emocji jesteśmy jeszcze dalecy od tego, by powiedzieć, że o ich biologicznych podstawach wiemy już tak naprawdę wszystko. Podsumowując – wiemy o mózgu jeszcze ciągle za mało albo znamy zbyt mało szczegółów, aby móc spróbować wykonać jego techniczny model w postaci sztucznego mózgu.


Problem skali

Kluczowy jest problem skali, a raczej dwóch różnych skal, w jakich możemy badać zjawiska neurobiologiczne. Z jednej strony, za pomocą mikroelektrod penetrujących zakamarki zwojów mózgowych możemy śledzić zachowanie pojedynczych komórek albo ich grup: dwóch, trzech, dziesięciu... Ale tą drogą nie da się zbadać, jak analizują informacje i jak współpracują ze sobą tysiące komórek, nie mówiąc już o miliardach. Z drugiej strony, osiągnięto zadziwiający postęp w obrazowaniu aktywności całych rozległych fragmentów mózgu: na odpowiednich zobrazowaniach widać zapalanie się całych kolumn neuronów w korze potylicznej podczas oglądania obrazów, falowania potencjałów w płatach skroniowych podczas słuchania muzyki albo eksplozje aktywności komórek płatów czołowych podczas rozwiązywania trudnego zadania matematycznego. Jednak to, co się daje zapisać i uwidocznić podczas takich badań, dotyczy zawsze setek tysięcy albo milionów komórek. Badacz, który usiłuje za pomocą współczesnej aparatury dowiedzieć się, co się dzieje w mózgu pod twardą i nieprzenikliwą skorupą czaszki, jest trochę podobny do kibica sportowego, który nie dostał biletu na mecz i będąc na zewnątrz, nasłuchuje odgłosów dobiegających spod kopuły hali sportowej. Kiedy wydarzy się coś ważnego, na przykład któraś z drużyn strzeli gola – to chóralny wrzask tysięcy gardeł dotrze do ucha nasłuchującego pechowca i dostarczy mu pewnej (zgubnej) informacji. Jednak nawet najbardziej intensywne nasłuchiwanie z zewnątrz nie pozwoli dowiedzieć się, co mówi Kowalski do Nowaka w drugim rzędzie siedzeń. Dlatego większość wyników badań mózgu pozwala zaobserwować efekty kolektywnych działań bardzo wielu komórek.


Niemożność zbudowania schematu
Nawet modne ostatnio i bardzo efektowne wizualizacje PET, entuzjastycznie opisywane jako pokazujące proces myślenia, prezentują w istocie aktywność (lub brak aktywności) tak wielkich obszarów mózgu, że na ich podstawie absolutnie niemożliwe jest odtworzenie schematu połączeń i reguł współdziałania poszczególnych jego elementów składowych. Tymczasem bez takich szczegółowych schematów struktury i bez dokładnie dających się zmierzyć form współdziałania komórek niemożliwe jest stworzenie technicznego modelu mózgu, bo brak podstaw do tworzenia jakichkolwiek modeli.
Może to zresztą i lepiej, bo gdyby ktoś nam nagle dał ogromny plan i powiedział: „Oto dokładna mapa mózgu!” – to dopiero bylibyśmy w kłopocie! Trzeba sobie bowiem zdawać sprawę z tego, jak niesłychanie bogaty w szczegóły musiałby być taki schemat, jeśli miałby być rzeczywistą wskazówką dla inżyniera! Samo obejrzenie takiego planu wymagałoby (przy dokładnej analizie) setek lat nieprzerwanej pracy! Na dowód przytoczę tylko kilka wybranych liczb, dzięki którym każdy będzie mógł sobie uświadomić, jak wielki jest stopień złożoności tej cudownej „maszyny”, którą każdy z nas nosi pod czaszką.


Zaczniemy zatem od najprostszej oceny stopnia złożoności struktur, wyrażającej się liczbą elementów użytych do budowy. Otóż najbardziej złożone systemy współczesnej techniki budowane są z wykorzystaniem od kilku do (maksimum) kilkuset tysięcy oddzielnych elementów składowych. A mimo to dokumentacja techniczna samochodu, który składa się zaledwie z kilku tysięcy części, zawarta jest zwykle w kilkudziesięciu dużych księgach, zajmujących dużą szafę. Plany dużego samolotu mogą zapełnić półki sporej biblioteki. Tymczasem nasz mózg zbudowany jest z kilkudziesięciu (lub może nawet ponad stu) miliardów procesorów przetwarzających informacje, zwanych neuronami. Co to oznacza w praktyce?


Trzydzieści lat „produkcji”
Gdyby ktoś spróbował wyprodukować sztuczny mózg i zaczął wytwarzać jego elementy składowe za pomocą urządzenia, które zużywałoby na produkcję jednego sztucznego neuronu zaledwie jedną sekundę, to przy założeniu, że pracowałoby ono dzień i noc bez przerwy, i tak wyprodukowanie pierwszego miliarda tych elementów zajęłoby mu ponad 30 lat. A pamiętajmy, że dla zbudowania sztucznego mózgu będziemy potrzebowali około stu miliardów takich elementów, czyli produkcja potrwałaby „zaledwie” trzy tysiące lat!


Co gorsza, dla zbudowania sztucznego mózgu nie wystarczy wytworzyć same tylko pojedyncze neurony. Potem trzeba te elementy połączyć zgodnie z założonym schematem. Warto zaznaczyć, że liczba połączeń jest z reguły zawsze większa niż liczba łączonych elementów. Na przykład żeby połączyć ze sobą (na zasadzie „każdy z każdym”) tysiąc procesorów, trzeba bez mała pół miliona kabli! Można to zauważyć także na przykładzie dowolnego preparatu biologicznego mózgu. Część określana przez dawnych anatomów jako „substancja szara” (m.in. kora mózgowa), zawierająca ciała komórek będących biologicznymi procesorami, zajmuje na przekroju mózgu wyraźnie mniej miejsca niż „substancja biała”, czyli gęsta sieć zmielinizowanych aksonów, łączących te komórki ze sobą.


W sztucznych sieciach neuronowych liczba połączeń jest jeszcze większa, bo rośnie wraz z kwadratem liczby elementów. Wynika to z faktu, że nie znając (z reguły) optymalnego planu struktury sieci, dla ułatwienia jej definiowania korzysta się zwykle ze schematu połączeń typu „każdy z każdym”, co jest wygodne koncepcyjnie (nie trzeba wiele myśleć, bo przy połączeniach tego typu każdy sygnał znajdzie dla siebie potrzebną mu drogę), ale zajmuje bardzo dużo czasu, kiedy takie połączenia naprawdę trzeba wykonać. Można więc być niemal pewnym, że przy budowie sztucznego mózgu łączenie elementów zajmie z pewnością więcej czasu niż ich wytwarzanie. Trwać więc będzie – przyjmijmy – przynajmniej dziesięć tysięcy lat. Czy mamy ochotę czekać tak długo?
W dodatku to, czego się w końcu doczekamy, wcale nie musi odpowiadać naszym wyobrażeniom. Przytoczone wyżej oszacowania pracochłonności i inne argumenty dotyczyły możliwości stworzenia jakiegokolwiek, dowolnego, abstrakcyjnego mózgu.


Mózg Chopina
Tymczasem ludzie interesujący się możliwościami neurocybernetyki są zwykle zainteresowani możliwością zbudowania mózgu jakiejś konkretnej osoby. Na przykład mózgu Alberta Einsteina czy Fryderyka Chopina. Zastanawiając się nad realnością i szansami powodzenia takiego przedsięwzięcia, trzeba sobie uświadomić, że w tym przypadku – oprócz trudności, jakie napotkalibyśmy, gdybyśmy chcieli stworzyć abstrakcyjny model struktury jakiegokolwiek mózgu – „zderzamy” się oto z jeszcze jedną trudnością. Będziemy bowiem musieli odtworzyć w zbudowanym sztucznym mózgu wszystkie genetycznie i kulturowo zdeterminowane uwarunkowania, które w sumie powodują, że mózg danego człowieka jest tym właśnie, czym jest, a więc strukturą wypełnioną określoną treścią. W tej treści mieści się cała wiedza konkretnej jednostki, wszystko co przeżyła, wszystko co przemyślała, wszystko co ją uformowało w ciągu dziesiątków lat nauki i kontaktów z otoczeniem oraz z innymi ludźmi. W jaki sposób odtworzyć pełną zawartość pamięci takiego „oryginału”?
I tu stykamy się z kolejną wielką liczbą, która radykalnie studzi zapały entuzjastów. Otóż odpowiednie teoretyczne obliczenia pokazują, że liczba rozróżnialnych stanów, w jakich może znaleźć się twór o strukturze i złożoności ludzkiego mózgu, wyraża się (w przybliżeniu) formułą 2^2^10^10 (symbolu ^ użyto do zasygnalizowania operacji potęgowania). Tyle form intelektu można ukształtować, tyle historii życia da się zapamiętać, tyle różnych osobowości da się stworzyć.
Zapis podanej formuły wygląda na pozór niewinnie, ale trzeba zdradzić przerażający fakt: otóż ta właśnie formuła reprezentuje największą wartość liczbową, której można przypisać konkretną interpretację w całej przyrodzie. Mówiąc inaczej – jest to liczba większa od oszacowania liczby nukleonów (protonów, neutronów i innych fragmentów jądra atomowego) w całym wszechświecie. Nad naszymi głowami w pogodną noc widnieją miliardy gwiazd, wiele z nich jest większych od naszego Słońca, a ich gromady, zwane galaktykami, rozprzestrzeniają się we wszystkie strony. A jednak liczba stanów naszego mózgu, liczba wyobrażeń, jakie potrafimy stworzyć, jest większa od liczby najmniejszych fragmentów atomów, z których zbudowany jest cały ten kosmos, jaki możemy zobaczyć za pomocą najdoskonalszych narzędzi współczesnej astronomii!
Jeśli więc patrząc nocą w rozgwieżdżone niebo, doznajemy czasem poczucia naszej znikomości wobec potęgi i bezkresu wszechświata – to przypomnijmy sobie, że galaktyki naszego mózgu cechują się (potencjalnie) jeszcze większą złożonością. Człowiek może zawrzeć w swoim umyśle obraz kosmosu – a wszystko to dzięki niewiarygodnej sprawności umysłu, której jednym tylko wymiarem (jednym z wielu!) jest miara złożoności zapisana w tej na pozór niewinnie wyglądającej matematycznej formule.


Filozof kontra inżynier
Nawet ten tak skrótowo naszkicowany schemat rozumowania ujawniającego ilościową miarę złożoności i bogactwa ludzkiego ducha jest naprawdę wstrząsający. Jednak to, co naprawdę cieszy filozofów i humanistów, od dawna przekonanych o wielkości, złożoności i doskonałości ludzkiego umysłu, musi martwić inżyniera, który chciałby zbudować doskonałą techniczną imitację tego umysłu, czyli sztuczny mózg.
Do tej pory przytaczałem jedynie fakty, powstrzymując się od osobistego komentarza. Pozwolę sobie jednak na koniec na taki właśnie osobisty komentarz, jestem to bowiem winny Czytelnikom, którzy chcieli przecież znać mój własny pogląd na temat technicznego imitowania mózgu, a nie uzyskać wyciąg z dostępnych danych.
Jako twórca setek różnych sztucznych systemów neurocybernetycznych sądzę, że nieprędko nadejdzie taka chwila, kiedy uda się stworzyć twór techniczny równoważny ludzkiemu mózgowi pod względem złożoności struktury i możliwości funkcjonalnych. Jeszcze więcej czasu upłynie, zanim potrafimy na tyle dokładnie prześledzić wszelkie ślady pamięciowe w mózgu konkretnego człowieka, by można było w systemie technicznym odtworzyć cechy jakiegoś konkretnego mózgu, a nie abstrakcyjnego „androida”. Dlatego zasypiam każdej nocy spokojnie, wiedząc, że nie grozi mi chwila, w której po drugiej stronie komputerowego ekranu odnajdę nagle swoj...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy