Å leve i en digital verden: hvordan er datateknologi innebygd i hjernen?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Hjernen vår er tilpasset for liv i en hule, og ikke for å behandle non-stop informasjonsstrømmer – studier viser at den stoppet opp i sin evolusjonære utvikling for 40-50 tusen år siden. Psykofysiolog Alexander Kaplan fortalte i sitt foredrag "Kontakt med hjernen: realiteter og fantasier" hvor lenge en person vil være i stand til å takle livet under forholdene til enorme motorveier, bevegelser rundt planeten og endeløse innkommende, og også hvordan vi selv kan fikse eller ødelegge alt ved hjelp av kunstig intelligens …

Se for deg en situasjon: en person kommer til en butikk, velger en croissant, gir den til kassereren. Han viser den til en annen kasserer og spør: "Hva er dette?" Han svarer: "40265". Kasserere bryr seg ikke lenger om hva krumkaken heter, det er viktig at den er «40265», fordi datamaskinen i kassen oppfatter tallene, ikke navnene på bollene. Gradvis stuper alt inn i den digitale verden: vi lever ved siden av datateknologi, som forstår fysiske objekter som digitale, og vi er tvunget til å tilpasse oss. Tiden for tingenes internett nærmer seg, når alle fysiske gjenstander vil bli presentert i digital form og Internett blir eieren i kjøleskapet vårt. Alt vil dreie seg om tall. Men problemet er at intensiteten i informasjonsflyten allerede er for stor for våre ører og øyne.

Nylig er det utviklet en metode for nøyaktig å bestemme antall nerveceller i hjernen. Tidligere ble det antatt at det er 100 milliarder av dem, men dette er et veldig omtrentlig tall, fordi målingene ble utført med en ikke helt korrekt metode: de tok en liten bit av hjernen, under mikroskopet telte de antallet av nerveceller i den, som deretter ble multiplisert med det totale volumet. I et nytt eksperiment ble en homogen masse av hjernen rørt i en mikser og nervecellekjernene ble talt, og siden denne massen er homogen, kan den resulterende mengden multipliseres med det totale volumet. Det ble 86 milliarder kroner. Ifølge disse beregningene har for eksempel en mus 71 millioner nerveceller, og en rotte har 200. Aper har omtrent 8 milliarder nerveceller, det vil si at forskjellen med en mann er 80 milliarder. Hvorfor var bevegelsen hos dyr progressiv, og hvorfor bruddet med mennesket var så skarpt? Hva kan vi gjøre som apekatter ikke kan?

Den mest moderne prosessoren har to til tre milliarder driftsenheter. En person har bare 86 milliarder nerveceller, som ikke er identiske med en operasjonell enhet: hver av dem har 10-15 tusen kontakter med andre celler, og det er i disse kontaktene at problemet med signaloverføring er løst, som i den operasjonelle enheter av transistorer. Hvis du ganger disse 10-15 tusen med 86 milliarder, får du en million milliarder kontakter – det er så mange operasjonelle enheter i den menneskelige hjernen.

En elefants hjerne veier fire kilo (i beste fall et menneskes halvannen) og inneholder 260 milliarder nerveceller. Vi er 80 milliarder fra hverandre fra apen, og elefanten er dobbelt så langt unna oss. Det viser seg at antall celler ikke korrelerer med intellektuell utvikling? Eller har elefantene gått den andre veien, og vi forstår dem bare ikke?

Faktum er at elefanten er stor, den har mange muskler. Muskler er laget av fibre på størrelse med et menneske eller en mus, og siden en elefant er mye større enn et menneske, har den flere muskelfibre. Muskler styres av nerveceller: deres prosesser passer til hver muskelfiber. Følgelig trenger elefanten flere nerveceller, fordi den har mer muskelmasse: av 260 milliarder elefantnerveceller er 255 eller 258 milliarder ansvarlige for muskelkontroll. Nesten alle nervecellene er lokalisert i lillehjernen, som tar opp nesten halvparten av hjernen, fordi det er der alle disse bevegelsene beregnes. I sannhet er 86 milliarder menneskelige nerveceller også lokalisert i lillehjernen, men det er fortsatt betydelig flere av dem på cortex: ikke to eller tre milliarder, som en elefant, men 15, så hjernen vår har umåtelig flere kontakter enn elefanter. Når det gjelder kompleksiteten til det nevrale nettverket, har mennesker betydelig forbigått dyr. Mennesket vinner ved kombinatoriske ferdigheter, dette er rikdommen til hjernestoffet.

Hjernen er veldig kompleks. Til sammenligning: det menneskelige genomet består av tre milliarder sammenkoblede elementer som er ansvarlige for kodingen. Men kodene i den er helt forskjellige, så hjernen kan ikke sammenlignes med genomet. La oss ta den enkleste skapningen - amøben. Hun trenger 689 milliarder par med kodende elementer - nukleotider. Det er 33 kodeelementer på russisk, men 16 tusen ord fra Pushkin-ordboken eller flere hundre tusen ord av språket som helhet kan lages av dem. Alt avhenger av hvordan selve informasjonen er satt sammen, hva koden er, hvor kompakt den er. Åpenbart gjorde amøben dette ekstremt uøkonomisk, fordi det dukket opp ved evolusjonens morgen.

Problemet med hjernen er at det er et normalt biologisk organ. Den er evolusjonært skapt for å tilpasse en levende skapning til omgivelsene. Faktisk stoppet hjernen i sin evolusjonære utvikling for 40-50 tusen år siden. Forskning viser at Cro-Magnon-mennesket allerede hadde de egenskapene som det moderne mennesket har. Alle typer arbeid var tilgjengelig for ham: å samle materialer, jakte, undervise ungdom, klippe og sy. Følgelig hadde han alle de grunnleggende funksjonene - hukommelse, oppmerksomhet, tenkning. Hjernen hadde ingen steder å utvikle seg av en enkel grunn: mennesket ble så intelligent at det var i stand til å justere miljøforholdene for å passe til kroppen hans. Resten av dyrene måtte endre kroppen sin for miljøforholdene, noe som tar hundretusener og millioner av år, men vi endret miljøet fullstendig for oss selv på bare 50 tusen.

Hjernen ble fengslet på livstid i en hule. Er han forberedt på moderne palasser og informasjonsstrømmer? Lite sannsynlig. Likevel er naturen økonomisk, den skjerper dyret for habitatet det eksisterer i. En persons miljø endret seg selvfølgelig, men essensen varierte lite. Til tross for de dramatiske endringene som har skjedd siden antikken, har miljømekanikken i rutinemessig forstand holdt seg den samme. Hvordan har aktiviteten til designere som lager en rakett i stedet for en Zhiguli endret seg? Selvfølgelig er det en forskjell, men meningen med arbeidet er den samme. Nå har miljøet endret seg fundamentalt: enorme motorveier, endeløse telefonsamtaler, og alt dette skjedde på bare 15–35 år. Hvordan vil en hulepolert hjerne takle dette miljøet? Multimedia, enorme, utilstrekkelige hastigheter for informasjonsflyt, en ny situasjon med bevegelser rundt planeten. Er det en fare for at hjernen ikke lenger tåler slike belastninger?

Det er en studie av forekomsten av mennesker fra 1989 til 2011. De siste 20 årene har dødeligheten av hjerte- og karsykdommer og onkologiske sykdommer gått ned, men antallet nevrologiske lidelser (hukommelsesproblemer, angst) øker kraftig over samme tid. Nevrologiske sykdommer kan fortsatt forklares med atferdsproblemer, men antallet psykiske sykdommer vokser like raskt, og samtidig blir de kroniske. Denne statistikken er et signal om at hjernen ikke klarer det lenger. Kanskje gjelder dette ikke alle: noen går på forelesninger, leser bøker, noen er interessert i alt. Men vi er født forskjellige, så noens hjerne er bedre forberedt på grunn av genetisk variasjon. Andelen personer med nevrologiske sykdommer er i ferd med å bli svært betydelig, og det tyder på at prosessen har gått i en dårlig retning. Det tredje årtusenet utfordrer oss. Vi kom inn i sonen da hjernen begynte å sende signaler om at miljøet vi skapte ikke var nyttig for den. Det har blitt mer komplekst enn hva hjernen kan gi oss når det gjelder tilpasning. Beholdningen av verktøy som ble slipt for hulen begynte å bli oppbrukt.

En av de menneskeskapte faktorene som presser den menneskelige hjernen er at mange beslutninger nå er forbundet med sannsynligheten for en alvorlig feil, og dette kompliserer beregningene i stor grad. Tidligere var alt vi lærte lett automatisert: vi lærte å sykle en gang, og da bekymret ikke hjernen seg for det. Nå er det prosesser som ikke er automatiserte: de må overvåkes konstant. Det vil si at vi enten må ringe en ambulanse eller gå tilbake til hulene.

Hvilke mer progressive måter å løse dette problemet har vi? Kanskje det er verdt å kombinere med kunstig intelligens, som vil avgrense flyten: reduser hastigheten der den er for høy, utelukk informasjon som er unødvendig for øyeblikket fra synsfeltet. Automatiske kontroller som kan tilberede informasjon for oss er beslektet med primære matlagingsteknikker: de tygger den slik at den kan konsumeres uten å kaste bort mye energi. Da mannen begynte å lage mat på bålet, ble det et veldig stort gjennombrudd. Kjevene ble mindre, og det ble plass til hjernen i hodet. Kanskje øyeblikket er kommet for å dissekere informasjonen rundt oss. Men hvem skal gjøre det? Hvordan kombinere kunstig intelligens og naturlig intelligens? Og det er her et konsept som et nevralt grensesnitt dukker opp. Det gir direkte kontakt mellom hjernen og datasystemet og blir en analog av å tilberede mat i brann for dette utviklingsstadiet. I en slik trio vil vi kunne eksistere i 100-200 år til.

Hvordan implementere dette? Kunstig intelligens i sin vanlige forstand eksisterer knapt. Et svært intelligent sjakkspill, der en person aldri vil slå en datamaskin, er beslektet med en vektløftingskonkurranse med en gravemaskin, og det handler ikke om transistorer, men om programmet skrevet for dette. Det vil si, programmerere skrev ganske enkelt en algoritme som gir et spesifikt svar på et spesifikt trekk: det er ingen kunstig intelligens som vet hva de skal gjøre på egen hånd. Sjakk er et spill med et begrenset antall scenarier som kan telles opp. Men det er ti meningsfulle posisjoner på sjakkbrettet til 120. grad. Dette er mer enn antall atomer i universet (ti i det 80.). Sjakkprogrammene er uttømmende. Det vil si at de memorerer alle mesterskaps- og stormesterspill, og dette er allerede svært små tall for oppregning. En person gjør et trekk, datamaskinen velger alle spill med dette trekket på sekunder og overvåker dem. Med informasjon om spillene som allerede er spilt, kan du alltid spille et optimalt spill, og dette er ren svindel. I intet mesterskap vil en sjakkspiller ikke få lov til å ta med seg en bærbar datamaskin for å se hvilket parti som ble spilt av hvem og hvordan. Og maskinen har 517 bærbare datamaskiner.

Det er spill med ufullstendig informasjon. For eksempel er poker et bløffbasert psykologisk spill. Hvordan vil en maskin spille mot en person i en situasjon som ikke kan beregnes fullt ut? Men nylig skrev de et program som takler dette perfekt. Hemmeligheten er for mye. Maskinen leker med seg selv. På 70 dager har hun spilt flere milliarder spill og akkumulert erfaring som langt overgår enhver spillers. Med denne typen bagasje kan du forutsi resultatene av bevegelsene dine. Nå har bilene truffet 57 %, noe som er nok til å vinne i nesten alle tilfeller. En person er heldig omtrent en gang av tusen spill.

Det kuleste spillet som ikke kan tas av noen råstyrke er go. Hvis antall mulige posisjoner i sjakk er ti til 120. potens, så er det ti av dem i 250 eller 320, avhengig av hvordan du teller. Dette er astronomisk kombinatorisme. Det er derfor hvert nytt spill i Go er unikt: variasjonen er for stor. Det er umulig å gjenta spillet - selv i generelle termer. Variasjonen er så høy at spillet nesten alltid følger et unikt scenario. Men i 2016 begynte Alpha Go-programmet å slå en person, etter å ha spilt med seg selv tidligere. 1200 prosessorer, 30 millioner minneposisjoner, 160 tusen menneskelige batcher. Ingen levende spiller har slik erfaring, minnekapasitet og reaksjonshastighet.

Nesten alle eksperter mener at kunstig intelligens fortsatt er et stykke unna. Men de kom opp med et slikt konsept som «svak kunstig intelligens» – dette er systemer for automatisert intelligent beslutningstaking. Noen avgjørelser for en person kan nå tas av en maskin. De ligner på mennesker, men de er akseptert, akkurat som i sjakk, ikke av intellektuelt arbeid. Men hvordan tar hjernen vår intellektuelle avgjørelser hvis maskinen er mye sterkere både i minne og hastighet? Den menneskelige hjernen består også av mange elementer som tar beslutninger basert på erfaring. Det vil si at det viser seg at det ikke er noen naturlig intelligens, at vi også går datasystemer, bare programmet vårt ble skrevet av seg selv?

Fermats teorem har lenge vært en formodning. I 350 år har de mest fremtredende matematikerne forsøkt å bevise det analytisk, det vil si å komponere et program som til slutt vil bevise, steg for steg, på en logisk måte, at denne antagelsen er sann. Perelman anså det som sitt livsverk å bevise Poincarés teorem. Hvordan ble disse teoremene bevist? Poincaré og Perelman hadde ingen analytiske løsninger i hodet, det var bare antagelser. Hvilken er et geni? Et geni kan betraktes som den som skapte teoremet: han foreslo noe som han ikke hadde noen analytisk tilnærming til. Hvor fikk han denne riktige antagelsen fra? Han kom ikke til ham med brutal makt: Fermat hadde bare noen få alternativer, som Poincaré, mens det på et spesifikt spørsmål var bare én antagelse. Fysiker Richard Feynman konkluderte med at i nesten ingen tilfeller var en stor oppdagelse gjort analytisk. Hvordan da? Feynman svarer: "De gjettet det."

Hva betyr "gjetting"? For eksistens er det ikke nok for oss å se hva som er og ta beslutninger basert på denne informasjonen. Det er nødvendig å sette i minnet noe som vil være nyttig senere å referere til. Men dette stadiet er ikke nok til å manøvrere i en kompleks verden. Og hvis evolusjonen velger ut individer for stadig mer subtil tilpasning til miljøet, så må flere og flere subtile mekanismer fødes i hjernen for å kunne forutsi dette miljøet, beregne konsekvensene. Eksemplaret leker med verden. Gradvis oppsto en hjernefunksjon som lar en bygge dynamiske modeller av ytre virkelighet, mentale modeller av den fysiske verden. Denne funksjonen justerte seg til evolusjonært utvalg og begynte å bli valgt.

I den menneskelige hjerne har det tilsynelatende utviklet en veldig høykvalitets mental modell av miljøet. Hun forutsier verden perfekt selv på steder hvor vi ikke har vært. Men siden verden rundt oss er integrert og alt henger sammen i den, bør modellen fange opp denne sammenkoblingen og være i stand til å forutsi hva som ikke var det. Mennesket skaffet seg en helt unik mulighet som skilte ham skarpt i den evolusjonære serien: han var i stand til å reprodusere fremtiden i nevronene i hjernen hans ved å bruke modeller av miljøet. Du trenger ikke å løpe etter mammuten, du må finne ut hvor den vil løpe. For å gjøre dette, i hodet er det en modell med de dynamiske egenskapene til en mammut, landskap, dyrevaner. Kognitiv psykologi insisterer på at vi jobber med modeller. Det er her 80 milliarder nevroner blir brukt: de inneholder dem. Modellen for matematikkens verden, verden av matematiske abstraksjoner er veldig mangfoldig, og den antyder hvordan dette eller det gapet skal fylles, som ennå ikke er gjennomtenkt. Formodninger kommer fra denne modellen, det samme gjør intuisjon.

Hvorfor kan ikke aper jobbe på fullverdige modeller av den fysiske verden? Tross alt eksisterer de på jorden i hundrevis av millioner av år lenger enn mennesker. Aper er ikke i stand til å samle informasjon om verden rundt dem. I hvilke enheter vil de beskrive det? Dyr har ennå ikke utviklet en metode for kompakt og systematisk modellering av ekstern informasjon i hjernen med evne til å operere på den. En person har en slik metode, og tar hensyn til de minste detaljene. Det er et språk. Ved hjelp av språket har vi med konsepter utpekt alle de minste sandkornene i denne verden. Dermed transplanterte vi den fysiske verden til den mentale. Dette er navn som sirkulerer i den mentale verden uten noen masse. Ved å skrive ut adresser ved hjelp av komplekse hjernestrukturer, som ved programmering i en datamaskin, får vi erfaring med å kommunisere med verden. Det oppstår sammenhenger mellom begreper. Hvert konsept har flagg som du kan tillegge betydninger. Slik vokser et stort system, som fungerer assosiativt og avskjærer unødvendige verdier ved hjelp av adresser. En slik mekaniker må støttes av en svært kompleks nettverksstruktur.

Vår tenkning er basert på gjetting. Vi trenger ikke telle variasjoner av sjakkbrikker – vi har en dynamisk modell av sjakkspillet som forteller hvor vi skal flytte. Denne modellen er solid, den har også erfaring med mesterskapsspill, men den er bedre fordi den spår litt frem i tid. Maskinen husker bare det som er, modellen vår er dynamisk, den kan startes og spilles foran kurven.

Så, er det mulig å kombinere hjernen og kunstig intelligens, om enn redusert og redusert i rettigheter, slik at kreative oppgaver forblir hos en person, og minne og hastighet - med en maskin? Det er ni millioner lastebilførere i USA. Akkurat nå kan de erstattes av automatiserte beslutningssystemer: alle spor er veldig pent merket, det er til og med trykksensorer på banen. Men sjåfører blir ikke erstattet av datamaskiner av sosiale årsaker, og slik er det i en rekke bransjer. Det er også en fare for at systemet vil handle i strid med personens interesser, og sette økonomiske fordeler over. Slike situasjoner vil selvfølgelig bli programmert, men det er umulig å forutse alt. Folk vil før eller siden falle inn i tjenesten, maskinene vil bruke dem. Bare en hjerne som er i stand til kreative løsninger vil forbli av en person. Og det trenger ikke være på grunn av en konspirasjon av maskiner. Vi kan selv kjøre oss inn i en lignende situasjon ved å programmere maskinene slik at de ikke tar hensyn til menneskelige interesser ved å oppfylle oppgavene vi har satt.

Elon Musk kom med et trekk: en person vil gå med en ryggsekk med datakraft, som hjernen vil vende seg til etter behov. Men for å tildele visse oppgaver til maskiner, kreves direkte kontakt med hjernen. En kabel vil gå fra hjernen til ryggsekken, eller bilen blir sydd under huden. Da vil personen være fullt utstyrt med transcendental hukommelse og hastighet. Denne elektroniske enheten vil ikke late som om den er en person i historien, men for arbeidsgivere vil en person utvide sine evner. Lastebilføreren vil ha råd til å sove i bilen: den vil bli drevet av intellektet, som vil vekke hjernen i et kritisk øyeblikk.

Hvordan koble til hjernen? Vi har alle tekniske midler. Dessuten går hundretusener av mennesker allerede med slike elektroder av medisinske årsaker. For å oppdage fokuset på et epileptisk anfall og stoppe det, er det installert enheter som registrerer den elektriske aktiviteten til hjernen. Så snart elektrodene merker tegn på et angrep i hippocampus, stopper de det. I USA er det laboratorier hvor slike enheter er implantert: beinet åpnes, og en plate med elektroder settes inn i cortex med halvannen millimeter, til midten. Deretter installeres en annen dyse, en stang bringes nær den, en knapp trykkes inn, og den treffer skarpt, med stor akselerasjon, matrisen slik at den kommer inn i barken med halvannen millimeter. Deretter fjernes alle unødvendige enheter, beinet sys, og bare en liten kobling gjenstår. En spesiell manipulator, som koder for den elektroniske aktiviteten til hjernen, gjør det mulig for en person å kontrollere for eksempel en robotarm. Men dette trenes med store vanskeligheter: det tar en person flere år å lære å kontrollere slike gjenstander.

Hvorfor implanteres elektroder i den motoriske cortex? Hvis den motoriske cortex styrer hånden, betyr det at du må motta kommandoer derfra som styrer manipulatoren. Men disse nevronene er vant til å kontrollere hånden, hvis enhet er fundamentalt forskjellig fra manipulatoren. Professor Richard Anderson kom opp med ideen om å implantere elektroder i området der handlingsplanen er født, men drivere for å kontrollere bevegelsesdrevene er ennå ikke utviklet. Han implanterte nevroner i parietalregionen, i skjæringspunktet mellom de auditive, visuelle og motoriske delene. Forskere lyktes til og med i toveiskontakt med hjernen: en metallarm ble utviklet hvor sensorer som stimulerer hjernen ble installert. Hjernen har lært å skille mellom stimulering av hver finger separat.

En annen måte er en ikke-invasiv forbindelse, der elektrodene er plassert på overflaten av hodet: det klinikker kaller et elektroencefalogram. Det lages et rutenett av elektroder, der hver elektrode inneholder en mikrokrets, en forsterker. Nettverket kan være kablet eller trådløst; informasjon går direkte til datamaskinen. En person gjør en mental innsats, endringer i potensialene til hjernen hans blir overvåket, klassifisert og dechiffrert. Etter anerkjennelse og klassifisering mates informasjonen til de aktuelle enhetene - manipulatorer.

Et annet grep er sosialiseringen av pasienter med motoriske og taleforstyrrelser. I Neurochat-prosjektet legges en matrise med bokstaver foran pasienten. Dens kolonner og rader er uthevet, og hvis utvalget faller på linjen personen trenger, viser elektroencefalogrammet en litt annen reaksjon. Det samme skjer med kolonnen, og bokstaven som personen trenger finnes i krysset. Systempåliteligheten er for øyeblikket 95 %. Det var nødvendig å sørge for at pasienten bare koblet til Internett og utførte alle oppgaver, så ikke bare bokstaver ble lagt til matrisen, men også ikoner som angir visse kommandoer. Nylig ble det bygget en bro mellom Moskva og Los Angeles: pasienter fra lokale klinikker var i stand til å etablere kontakt gjennom korrespondanse.

Den siste utviklingen innen kontakt med hjernen er nevrosymbiotiske klynger, som ikke styres av bokstaver, men av hukommelsescellene til en maskin. Hvis vi tar åtte celler, eller en byte, kan vi med en slik kontakt velge en av cellene og skrive en informasjonsenhet der. Dermed kommuniserer vi med datamaskinen og skriver ned den samme "40265" i den. Cellene inneholder både verdiene som må opereres og prosedyrene som må brukes på disse cellene. Så - uten å invadere hjernen, men fra overflaten - kan du betjene en datamaskin. Materialforskere kom opp med en veldig tynn ledning, fem mikron, isolert langs hele lengden, og elektriske potensialsensorer ble plassert i nodene. Tråden er veldig elastisk: den kan kastes over en gjenstand med hvilken som helst avlastning og dermed samle et elektrisk felt fra enhver, den minste overflaten. Dette nettet kan blandes med gelen, sette blandingen i en sprøyte og injiseres i musens hode, hvor det vil rette seg ut og sitte mellom hjernelappene. Men blandingen kan ikke komme inn i selve hjernen, så den nye ideen er å injisere et nett i hjernen når det akkurat begynner å dannes, i embryonalfasen. Da vil det være i massen av hjernen, og celler vil begynne å vokse gjennom den. Så vi får en pansret hjerne med en kabel. En slik hjerne kan raskt finne ut i hvilket område det er nødvendig å endre potensialet for datamaskinen til å utføre visse oppgaver eller skrive informasjon til cellene, fordi den samhandler med elektrodene fra fødselen. Og dette er full kontakt.