Czy twój mózg to komputer?

Poprosiliśmy ekspertów o ich najlepsze argumenty w wieloletniej debacie na temat tego, czy mózgi i komputery przetwarzają informacje w ten sam sposób.

Getty

za pomocą

• Dan Falk strona archiwum

25 sierpnia 2021

To analogia, która sięga początków ery komputerów: odkąd odkryliśmy, że maszyny mogą rozwiązywać problemy poprzez manipulowanie symbolami, zastanawialiśmy się, czy mózg może działać w podobny sposób. Alan Turing, na przykład, zapytał, czego potrzeba, aby maszyna do myślenia ; pisząc w 1950 r. przewidział, że do 2000 r. będzie można mówić o myśleniu maszynowym, nie spodziewając się, że zostanie mu zaprzeczane. Skoro maszyny mogły myśleć jak ludzkie mózgi, naturalne było zastanawianie się, czy mózgi mogą działać jak maszyny. Oczywiście nikt nie pomyliłby lepkiego materiału w mózgu z procesorem w laptopie – ale poza powierzchownymi różnicami, sugerowano, mogą istnieć ważne podobieństwa.

Dziś, po tych wszystkich latach, eksperci są podzieleni. Chociaż wszyscy zgadzają się, że nasze biologiczne mózgi tworzą nasze świadome umysły , są podzielone na pytanie, jaką rolę, jeśli w ogóle, odgrywa przetwarzanie informacji – kluczowe podobieństwo, które rzekomo łączy mózg i komputer.

Ta historia była częścią naszego wydania z września 2021 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Chociaż debata może brzmieć nieco akademicko, w rzeczywistości ma konsekwencje w świecie rzeczywistym: wysiłek włożony w budowanie maszyn z inteligencja podobna do ludzkiej zależy przynajmniej częściowo od zrozumienia, jak faktycznie działają nasze własne mózgi i jak podobne są – lub nie – do maszyn. Gdyby można było wykazać, że mózgi działają w sposób radykalnie inny niż komputer, poddałoby to w wątpliwość wiele tradycyjnych podejść do sztucznej inteligencji.

Pytanie może również kształtować nasze poczucie tego, kim jesteśmy. Dopóki mózgi i umysły, które umożliwiają, są uważane za wyjątkowe, ludzkość może wyobrażać sobie, że jest naprawdę wyjątkowa. Postrzeganie naszych mózgów jako nic więcej niż wyrafinowanej maszynerii obliczeniowej mogłoby rozerwać tę bańkę.

Poprosiliśmy ekspertów, aby powiedzieli nam dlaczego one uważamy, że powinniśmy – lub nie powinniśmy – myśleć o mózgu jak o komputerze.

PRZECIW: Mózg nie może być komputerem, ponieważ jest biologiczny.

Wszyscy zgadzają się, że rzeczywista zawartość mózgu – projektowana przez miliardy lat przez ewolucję – bardzo różni się od tego, co inżynierowie z IBM i Google umieścili w twoim laptopie lub smartfonie. Na początek mózgi są analogowe. Miliardy neuronów w mózgu zachowują się zupełnie inaczej niż cyfrowe przełączniki i bramki logiczne w cyfrowym komputerze. Od lat 20. XX wieku wiemy, że neurony nie tylko włączają się i wyłączają, mówi biolog Matthew Cobb z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii. Mówi, że wraz ze wzrostem bodźca sygnał wzrasta. Sposób, w jaki zachowuje się neuron, gdy jest stymulowany, różni się od każdego komputera, który kiedykolwiek zbudowaliśmy.

Blake Richards, neurobiolog i informatyk z McGill University w Montrealu, zgadza się: mózg przetwarza wszystko równolegle, w ciągłym czasie, a nie w dyskretnych odstępach czasu, mówi. W przeciwieństwie do tego, dzisiejsze komputery cyfrowe mają bardzo specyficzny projekt oparty na oryginale przez architekturę Neumanna . Działają one w dużej mierze poprzez przechodzenie krok po kroku przez listę instrukcji zakodowanych w banku pamięci, jednocześnie uzyskując dostęp do informacji przechowywanych w dyskretnych gniazdach pamięci.

Nic z tego nie przypomina tego, co dzieje się w twoim mózgu, mówi Richards. (A jednak mózg wciąż nas zaskakuje: w ostatnich latach niektórzy neurolodzy argumentował że nawet pojedyncze neurony mogą wykonywać pewne rodzaje obliczeń, porównywalne do tego, co informatycy nazywają funkcją XOR lub funkcją wyłączną.)

DLA: Jasne, że może! Rzeczywista struktura nie ma sensu.

Ale być może to, co robią mózgi i komputery, jest zasadniczo takie samo, nawet jeśli architektura jest inna. To, co wydaje się robić mózg, jest całkiem trafnie opisane jako przetwarzanie informacji, mówi Megan Peters, kognitywistka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine. Mózg pobiera impulsy [krótkie impulsy aktywności, które trwają około jednej dziesiątej sekundy] oraz fale dźwiękowe i fotony i przekształca je w aktywność neuronową – a ta aktywność neuronowa reprezentuje informację.

Richards, który zgadza się z Cobbem, że mózg działa zupełnie inaczej niż dzisiejsze komputery cyfrowe, uważa jednak, że mózg jest w rzeczywistości komputer. Komputer, zgodnie ze słowem używanym w informatyce, to dowolne urządzenie, które jest w stanie realizować wiele różnych funkcji obliczeniowych, mówi Richards. Zgodnie z tą definicją mózg nie jest po prostu jak komputer. To dosłownie komputer.

Michael Graziano, neurolog z Uniwersytetu Princeton, podziela ten pogląd. Istnieje szersza koncepcja tego, czym jest komputer, jako rzecz, która przyjmuje informacje, manipuluje nimi i na tej podstawie wybiera dane wyjściowe. A „komputer” w tej bardziej ogólnej koncepcji jest tym, czym jest mózg; to właśnie robi.

Ale Anthony Chemero, kognitywista i filozof z Uniwersytetu w Cincinnati, sprzeciwia się temu. Wydaje się, że z biegiem czasu rozwodniliśmy ideę „obliczenia”, tak że nic już nie znaczy, mówi. Tak, twój mózg robi różne rzeczy i pomaga ci to wiedzieć, ale to już nie jest tak naprawdę obliczenie.

DLA: Tradycyjne komputery mogą nie przypominać mózgu, ale sztuczne sieci neuronowe są.

Zaangażowane są wszystkie największe przełomy w dziedzinie sztucznej inteligencji sztuczne sieci neuronowe , które wykorzystują warstwy przetwarzania matematycznego do oceny podawanych informacji. Połączeniom między warstwami przypisywane są wagi (w przybliżeniu liczba, która odpowiada ważności każdego połączenia w stosunku do innych — pomyśl, jak profesor może wypracować końcową ocenę na podstawie serii wyników quizu, ale przypisać większą wagę do końcowy quiz). Wagi te są dostosowywane w miarę, jak sieć jest wystawiana na coraz więcej danych, aż do momentu, gdy ostatnia warstwa wygeneruje dane wyjściowe. W ostatnich latach sieci neuronowe potrafiły rozpoznawać twarze, tłumacz języki , a nawet naśladować tekst napisany przez człowieka w niesamowity sposób.

Powiązana historia

Geoff Hinton, pionier sztucznej inteligencji: Głębokie uczenie będzie w stanie zrobić wszystko Trzydzieści lat temu wiara Hintona w sieci neuronowe była sprzeczna. Teraz trudno znaleźć kogoś, kto się nie zgadza, mówi.

Sztuczna sieć neuronowa jest właściwie tylko algorytmicznym modelem mózgu, mówi Richards. Jest to sposób na modelowanie mózgu bez odniesienia do konkretnych biologicznych szczegółów działania mózgu. Richards wskazuje, że był to wyraźny cel pionierów sieci neuronowych, takich jak Frank Rosenblatt, David Rumelhart i Geoffrey Hinton : Byli szczególnie zainteresowani próbą zrozumienia algorytmów, których mózg używa do implementacji funkcji, które mózg z powodzeniem oblicza.

Naukowcy opracowali niedawno sieci neuronowe, których działanie: mówi się, że bardziej przypomina te z rzeczywistych ludzkich mózgów . Jedno z takich podejść, kodowanie predykcyjne, opiera się na założeniu, że mózg nieustannie próbuje przewidzieć, jakie bodźce sensoryczne otrzyma w następnej kolejności; chodzi o to, że nadążanie za światem zewnętrznym w ten sposób zwiększa jego szanse na przetrwanie – coś, co faworyzowałby dobór naturalny. To pomysł, który rezonuje z Graziano. Mówi, że celem posiadania mózgu jest ruch – możliwość fizycznej interakcji ze światem zewnętrznym. To właśnie robi mózg; to jest sedno tego, dlaczego masz mózg. Ma przewidywać.

PRZECIWKO: Nawet jeśli mózgi działają jak sieci neuronowe, nadal nie są procesorami informacji.

Nie wszyscy uważają, że sieci neuronowe wspierają pogląd, że nasze mózgi są jak komputery. Jednym problemem jest to, że są tajemniczy : kiedy sieć neuronowa rozwiązuje problem, może to nie być wcale jasne w jaki sposób rozwiązał problem, przez co trudniej było argumentować, że jego metoda była w jakikolwiek sposób podobna do mózgu. Sztuczne sieci neuronowe, nad którymi obecnie pracują ludzie tacy jak Hinton, są tak skomplikowane, że nawet jeśli spróbujesz je przeanalizować, aby dowiedzieć się, które części przechowują informacje o czym i co liczy się jako manipulacja tymi informacjami, nie zamierzasz być w stanie to wyciągnąć, mówi Chemero. Im bardziej się komplikują, tym bardziej stają się nieuleczalne.

Ale obrońcy analogii mózgu jako komputera twierdzą, że to nie ma znaczenia. Nie możesz wskazać na jeden s i 0 s, mówi Graziano. Jest rozmieszczony we wzorcu łączności, którego nauczono wszystkie te sztuczne neurony, więc trudno jest „rozmawiać” o tym, czym dokładnie są informacje, gdzie są przechowywane i jak są zakodowane — ale wiesz, że tam są.

DLA: Mózgu musi być komputer; alternatywą jest magia.

Jeśli jesteś oddany idei, że fizyczny mózg tworzy umysł, to obliczenia są jedyną realną ścieżką, mówi Richards. Obliczenia oznaczają po prostu fizykę, mówi. Jedyną inną opcją jest to, że proponujesz jakąś magiczną „duszę” lub „ducha” lub coś w tym rodzaju… Są dosłownie tylko dwie opcje: albo używasz algorytmu, albo używasz magii.

PRZECIWKO: Metafora mózgu jako komputera nie może wyjaśnić, w jaki sposób czerpiemy znaczenie.

Bez względu na to, jak zaawansowana może być sieć neuronowa, informacje, które przez nią przepływają, w rzeczywistości nie są oznaczać czegokolwiek, mówi Romain Brette, neurobiolog teoretyczny z Vision Institute w Paryżu. Na przykład program do rozpoznawania twarzy może określić konkretną twarz jako moją lub twoją, ale ostatecznie jest to tylko śledzenie korelacji między dwoma zestawami liczb. Wciąż potrzebujesz kogoś, kto nada temu sens, pomyśli, dostrzeże, mówi.

Co nie znaczy, że mózg nie przetwarza informacje — być może tak. Obliczenia są prawdopodobnie bardzo ważne w wyjaśnianiu umysłu, inteligencji i świadomości, mówi Lisa Miracchi, filozof z University of Pennsylvania. Podkreśla jednak, że to, co robi mózg i to, co robi umysł, niekoniecznie jest tym samym. I nawet jeśli mózg jest podobny do komputera, umysł może nie być: procesy umysłowe nie są procesami obliczeniowymi, ponieważ są z natury znaczące, podczas gdy procesy obliczeniowe nie są.

Więc gdzie nas to zostawia? Pytanie, czy mózg jest komputerem, czy nie, wydaje się częściowo zależeć od tego, co rozumiemy przez komputer. Ale nawet jeśli eksperci mogliby zgodzić się na definicję, wydaje się mało prawdopodobne, że kwestia ta zostanie rozwiązana w najbliższym czasie – być może dlatego, że jest tak ściśle związana z drażliwymi problemami filozoficznymi, takimi jak tak zwany problem umysł-ciało i zagadka świadomości. Spieramy się o to, czy mózg jest jak komputer, ponieważ chcemy wiedzieć, jak powstały umysły; chcemy zrozumieć, co pozwala niektórym układom materii, ale nie innym, nie tylko istnieć, ale i doświadczać.

Dan Falk jest dziennikarzem naukowym mieszkającym w Toronto. Jego książki obejmują: Nauka Szekspira oraz W poszukiwaniu czasu.