Att leva i en digital värld: hur är datorteknik inbäddad i hjärnan?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Vår hjärna är anpassad för livet i en grotta, och inte för att bearbeta non-stop informationsströmmar - studier visar att den stannade i sin evolutionära utveckling för 40-50 tusen år sedan. Psykofysiologen Alexander Kaplan berättade i sin föreläsning "Kontakt med hjärnan: realiteter och fantasier" hur länge en person kommer att kunna klara av livet under förhållanden med enorma motorvägar, rörelser runt planeten och oändliga inkommande, och även hur vi själva kan fixa eller förstöra allt med hjälp av artificiell intelligens …

Föreställ dig en situation: en person kommer till en butik, väljer en croissant, ger den till kassan. Han visar den för en annan kassörska och frågar: "Vad är det här?" Han svarar: "40265". Kassörer bryr sig inte längre om vad gifflan heter, det är viktigt att det är "40265", eftersom datorn i kassan uppfattar siffrorna, inte namnen på bullarna. Gradvis störtar allt in i den digitala världen: vi lever bredvid datorteknik, som förstår fysiska objekt som digitala, och vi tvingas anpassa oss. Eran av Internet of Things närmar sig, då alla fysiska föremål kommer att presenteras i digital form och Internet blir ägare i vårt kylskåp. Allt kommer att kretsa genom siffror. Men problemet är att intensiteten i informationsflöden redan är för stor för våra öron och ögon.

Nyligen har en metod utvecklats för att exakt bestämma antalet nervceller i hjärnan. Tidigare trodde man att det finns 100 miljarder av dem, men detta är en mycket ungefärlig siffra, eftersom mätningarna utfördes med en inte helt korrekt metod: de tog en liten bit av hjärnan, under mikroskopet räknade de antalet av nervceller i den, som sedan multiplicerades med den totala volymen. I ett nytt experiment rördes en homogen massa av hjärnan i en mixer och kärnorna i nervceller räknades, och eftersom denna massa är homogen kan den resulterande mängden multipliceras med den totala volymen. Det blev 86 miljarder. Enligt dessa beräkningar har en mus till exempel 71 miljoner nervceller och en råtta har 200. Apor har cirka 8 miljarder nervceller, det vill säga skillnaden med en man är 80 miljarder. Varför var rörelsen hos djur progressiv, och varför brytningen med människan var så skarp? Vad kan vi göra som apor inte kan?

Den modernaste processorn har två till tre miljarder driftenheter. En person har bara 86 miljarder nervceller, som inte är identiska med en operativ enhet: var och en av dem har 10-15 tusen kontakter med andra celler, och det är i dessa kontakter som frågan om signalöverföring löses, som i den operativa enheter av transistorer. Multiplicerar man dessa 10-15 tusen med 86 miljarder får man en miljon miljarder kontakter – det finns så många operativa enheter i den mänskliga hjärnan.

En elefants hjärna väger fyra kilogram (en människas ett och ett halvt i bästa fall) och innehåller 260 miljarder nervceller. Vi är 80 miljarder ifrån apan, och elefanten är dubbelt så långt ifrån oss. Det visar sig att antalet celler inte korrelerar med intellektuell utveckling? Eller har elefanterna gått åt andra hållet och vi förstår dem bara inte?

Faktum är att elefanten är stor, den har mycket muskler. Muskler är gjorda av fibrer som är lika stora som en människa eller en mus, och eftersom en elefant är mycket större än en människa har den fler muskelfibrer. Muskler styrs av nervceller: deras processer passar till varje muskelfiber. Följaktligen behöver elefanten fler nervceller, eftersom den har mer muskelmassa: av 260 miljarder elefantnervceller är 255 eller 258 miljarder ansvariga för muskelkontroll. Nästan alla dess nervceller finns i lillhjärnan, som tar upp nästan hälften av hjärnan, eftersom det är där som alla dessa rörelser beräknas. I själva verket finns 86 miljarder mänskliga nervceller också i lillhjärnan, men det finns fortfarande betydligt fler av dem på cortex: inte två eller tre miljarder, som en elefant, utan 15, så våra hjärnor har omåttligt fler kontakter än elefanter. När det gäller komplexiteten i det neurala nätverket har människor avsevärt gått om djur. Människan vinner genom kombinatoriska färdigheter, detta är hjärnans rikedom.

Hjärnan är väldigt komplex. Som jämförelse: det mänskliga genomet består av tre miljarder parade element som är ansvariga för kodningen. Men koderna i den är helt olika, så hjärnan kan inte jämföras med arvsmassan. Låt oss ta den enklaste varelsen - amöban. Hon behöver 689 miljarder par kodande element - nukleotider. Det finns 33 kodningselement på ryska, men 16 tusen ord i Pushkin-ordboken eller flera hundra tusen ord av språket som helhet kan göras av dem. Allt beror på hur själva informationen är sammansatt, vad koden är, hur kompakt den är. Uppenbarligen gjorde amöban detta extremt oekonomiskt, eftersom det dök upp i evolutionens gryning.

Problemet med hjärnan är att det är ett normalt biologiskt organ. Den är evolutionärt skapad för att anpassa en levande varelse till sin miljö. Faktum är att hjärnan stannade i sin evolutionära utveckling för 40-50 tusen år sedan. Forskning visar att Cro-Magnon-människan redan hade de egenskaper som den moderna människan har. Alla typer av arbete stod till hans förfogande: materialinsamling, jakt, ungdomsundervisning, klippning och sömnad. Följaktligen hade han alla grundläggande funktioner - minne, uppmärksamhet, tänkande. Hjärnan hade ingenstans att utvecklas av en enkel anledning: människan blev så intelligent att hon kunde anpassa miljöförhållandena för att passa sin kropp. Resten av djuren var tvungna att förändra sin kropp för miljöförhållandena, vilket tar hundratusentals och miljoner år, men vi förändrade miljön helt för oss själva på bara 50 tusen.

Hjärnan satt fängslad på livstid i en grotta. Är han förberedd på moderna palats och informationsflöden? Osannolik. Ändå är naturen ekonomisk, den skärper djuret för den livsmiljö där den finns. En persons miljö förändrades naturligtvis, men dess väsen varierade lite. Trots de dramatiska förändringar som skett sedan antiken har miljömekaniken i rutinmässig mening förblivit densamma. Hur har aktiviteten hos designers som tillverkar en raket i stället för en Zhiguli förändrats? Visst finns det en skillnad, men meningen med arbetet är densamma. Nu har miljön förändrats i grunden: enorma motorvägar, oändliga telefonsamtal och allt detta hände på bara 15–35 år. Hur kommer en grottpolerad hjärna att klara av denna miljö? Multimedia, enorma, otillräckliga hastigheter i informationsflödet, en ny situation med rörelser runt planeten. Finns det en fara att hjärnan inte längre tål sådana belastningar?

Det finns en studie av förekomsten av människor från 1989 till 2011. Under de senaste 20 åren har dödligheten i hjärt- och kärlsjukdomar och onkologiska sjukdomar minskat, men antalet neurologiska störningar (minnesproblem, ångest) ökar kraftigt under samma tid. Neurologiska sjukdomar kan fortfarande förklaras av beteendeproblem, men antalet psykiska sjukdomar växer lika snabbt och samtidigt blir de kroniska. Denna statistik är en signal om att hjärnan inte orkar längre. Kanske gäller detta inte alla: någon går på föreläsningar, läser böcker, någon är intresserad av allt. Men vi föds olika, så någons hjärna är bättre förberedd på grund av genetisk variation. Andelen personer med neurologiska sjukdomar börjar bli mycket betydande, och det tyder på att processen har gått i en dålig riktning. Det tredje årtusendet utmanar oss. Vi gick in i zonen när hjärnan började skicka signaler om att miljön vi skapade inte var användbar för den. Det har blivit mer komplext än vad hjärnan kan ge oss när det gäller anpassning. Lagret av verktyg som slipats för grottan började ta slut.

En av de konstgjorda faktorerna som pressar den mänskliga hjärnan är att många beslut nu är förknippade med sannolikheten för ett allvarligt fel, och detta komplicerar beräkningarna avsevärt. Tidigare var allt vi lärde oss lätt automatiserat: vi lärde oss att cykla en gång, och då brydde sig inte hjärnan om det. Nu finns det processer som inte är automatiserade: de måste ständigt övervakas. Det vill säga, vi måste antingen ringa en ambulans eller återvända till grottorna.

Vilka mer progressiva sätt att lösa detta problem har vi? Kanske är det värt att kombinera med artificiell intelligens, vilket kommer att förfina flödet: minska hastigheten där den är för hög, uteslut information som är onödig för tillfället från synfältet. Automatiska kontroller som kan förbereda information åt oss är besläktade med primära matlagningstekniker: de tuggar den så att den kan konsumeras utan att slösa mycket energi. När mannen började laga mat på elden blev det ett väldigt stort genombrott. Käkarna blev mindre, och det fanns plats för hjärnorna i huvudet. Kanske är det dags att dissekera informationen omkring oss. Men vem ska göra det? Hur kombinerar man artificiell intelligens och naturlig intelligens? Och det är här ett sådant koncept som ett neuralt gränssnitt dyker upp. Det ger direkt kontakt mellan hjärnan och datorsystemet och blir en analog av att laga mat i brand för detta skede av evolutionen. I en sådan trio kommer vi att kunna finnas i 100-200 år till.

Hur implementerar man detta? Artificiell intelligens i sin vanliga mening existerar knappast. Ett mycket intelligent schackspel, där en person aldrig kommer att slå en dator, liknar en tyngdlyfttävling med en grävmaskin, och det handlar inte om transistorer, utan om programmet som skrivits för detta. Det vill säga programmerare skrev helt enkelt en algoritm som ger ett specifikt svar på ett specifikt drag: det finns ingen artificiell intelligens som vet vad den ska göra på egen hand. Schack är ett spel med ett begränsat antal scenarier som kan räknas upp. Men det finns tio meningsfulla positioner på schackbrädet till 120:e graden. Detta är fler än antalet atomer i universum (tio i den 80:e). Schackprogrammen är uttömmande. Det vill säga, de memorerar alla mästerskaps- och stormästarspel, och dessa är redan mycket små siffror för uppräkning. En person gör ett drag, datorn väljer alla spel med detta drag på några sekunder och övervakar dem. Med information om de redan spelade spelen kan du alltid spela ett optimalt spel, och detta är ren bluff. I inget mästerskap kommer en schackspelare inte att få ta med sig en bärbar dator för att se vilket parti som spelades av vem och hur. Och maskinen har 517 bärbara datorer.

Det finns spel med ofullständig information. Till exempel är poker ett bluffbaserat psykologiskt spel. Hur kommer en maskin att spela mot en person i en situation som inte kan beräknas fullt ut? Men nyligen skrev de ett program som klarar detta perfekt. Hemligheten är för mycket. Maskinen leker med sig själv. På 70 dagar har hon spelat flera miljarder spel och samlat på sig erfarenhet som vida överträffar någon spelares. Med den här typen av bagage kan du förutsäga resultatet av dina rörelser. Nu har bilarna nått 57%, vilket räcker för att vinna i nästan alla fall. En person har tur ungefär en gång av tusen spel.

Det coolaste spelet som inte kan tas av någon brute force är go. Om antalet möjliga positioner i schack är tio till 120:e potensen, så finns det tio av dem i den 250:e eller 320:e, beroende på hur du räknar. Detta är astronomisk kombinatorism. Det är därför varje nytt spel i Go är unikt: variationen är för stor. Det är omöjligt att upprepa spelet - inte ens i allmänna termer. Variabiliteten är så stor att spelet nästan alltid följer ett unikt scenario. Men 2016 började Alpha Go-programmet slå en person, som också tidigare spelat med sig själv. 1200 processorer, 30 miljoner minnespositioner, 160 tusen mänskliga partier. Ingen levande spelare har sådan erfarenhet, minneskapacitet och reaktionshastighet.

Nästan alla experter tror att artificiell intelligens fortfarande är långt borta. Men de kom på ett sådant koncept som "svag artificiell intelligens" - det här är system för automatiserat intelligent beslutsfattande. Vissa beslut för en person kan nu fattas av en maskin. De liknar mänskliga, men de accepteras, precis som i schack, inte av intellektuellt arbete. Men hur fattar vår hjärna intellektuella beslut om maskinen är mycket starkare i både minne och hastighet? Den mänskliga hjärnan består också av många element som fattar beslut baserat på erfarenhet. Det vill säga, det visar sig att det inte finns någon naturlig intelligens, att vi också går datorsystem, bara vårt program är skrivet av sig självt?

Fermats teorem har länge varit en gissning. I 350 år har de mest framstående matematikerna försökt bevisa det analytiskt, det vill säga att komponera ett program som i slutändan, steg för steg, på ett logiskt sätt, kommer att bevisa att detta antagande är sant. Perelman ansåg att det var sin livsuppgift att bevisa Poincarés teorem. Hur bevisades dessa satser? Poincaré och Perelman hade inga analytiska lösningar i huvudet, det fanns bara antaganden. Vilken är ett geni? Ett geni kan anses vara den som skapade teoremet: han föreslog något som han inte hade någon analytisk inställning till. Var fick han detta korrekta antagande? Han kom inte till honom med brutalt våld: Fermat hade bara ett fåtal alternativ, som Poincaré, medan det i en specifik fråga bara fanns ett antagande. Fysikern Richard Feynman drog slutsatsen att i nästan inget fall gjordes en stor upptäckt analytiskt. Hur då? Feynman svarar: "De gissade det."

Vad betyder "gissa"? För tillvaron räcker det inte för oss att se vad som är och fatta beslut utifrån denna information. Det är nödvändigt att lägga in något i minnet som kommer att vara användbart senare att referera till. Men det här stadiet är inte tillräckligt för att manövrera i en komplex värld. Och om evolutionen väljer ut individer för allt mer subtil anpassning till miljön, då måste fler och mer subtila mekanismer födas i hjärnan för att förutsäga denna miljö, beräkna konsekvenserna. Exemplaret leker med världen. Efter hand uppstod en hjärnfunktion som gör att man kan bygga dynamiska modeller av yttre verklighet, mentala modeller av den fysiska världen. Denna funktion anpassade sig till evolutionärt urval och började väljas.

I den mänskliga hjärnan har tydligen en mycket högkvalitativ mental modell av miljön utvecklats. Hon förutsäger världen perfekt även på platser där vi inte har varit. Men eftersom världen omkring oss är integrerad och allt är sammankopplat i den, borde modellen ta upp denna sammankoppling och kunna förutsäga vad som inte var det. Människan fick en helt unik möjlighet som skarpt särskiljde henne i den evolutionära serien: han kunde reproducera framtiden i neuronerna i sin hjärna med hjälp av miljömodeller. Du behöver inte springa efter mammuten, du måste ta reda på var den ska springa. För att göra detta, i huvudet finns en modell med de dynamiska egenskaperna hos en mammut, landskap, djurvanor. Kognitiv psykologi insisterar på att vi arbetar med modeller. Det är här 80 miljarder neuroner spenderas: de innehåller dem. Modellen för matematikens värld, den matematiska abstraktionsvärlden är väldigt mångsidig, och den föreslår hur den eller den luckan ska fyllas, vilket ännu inte har uttänkts. Gissningar kommer från denna modell, liksom intuitionen.

Varför kan inte apor arbeta på fullfjädrade modeller av den fysiska världen? När allt kommer omkring finns de på jorden i hundratals miljoner år längre än människor. Apor kan inte samla information om världen runt dem. I vilka enheter kommer de att beskriva det? Djur har ännu inte utvecklat en metod för kompakt och systematisk modellering av extern information i hjärnan med förmåga att operera ut den. En person har en sådan metod, och med hänsyn till de minsta detaljerna. Det är ett språk. Med hjälp av språket har vi med koncept utpekat alla de minsta sandkornen i denna värld. Således transplanterade vi den fysiska världen till den mentala. Det här är namn som cirkulerar i mentalvärlden utan någon massa. Genom att skriva ut adresser med hjälp av komplexa hjärnstrukturer, som vid programmering i en dator, får vi erfarenhet av att kommunicera med världen. Samband uppstår mellan begrepp. Varje koncept har flaggor som du kan fästa ytterligare betydelser på. Så växer ett stort system som fungerar associativt och skär bort onödiga värden med hjälp av adresser. En sådan mekaniker måste stödjas av en mycket komplex nätverksstruktur.

Vårt tänkande bygger på gissningar. Vi behöver inte räkna varianter av schackpjäser – vi har en dynamisk modell av schackspelet som talar om vart man ska flytta. Den här modellen är solid, den har även erfarenhet av mästerskapsspel, men den är bättre eftersom den förutsäger lite i förväg. Maskinen kommer bara ihåg vad som är, vår modell är dynamisk, den kan startas och spelas före kurvan.

Så, är det möjligt att kombinera hjärnan och artificiell intelligens, om än förminskad och minskad i rättigheter, så att kreativa uppgifter förblir hos en person, och minne och hastighet - med en maskin? Det finns nio miljoner lastbilschaufförer i USA. Just nu kan de ersättas av automatiserade beslutssystem: alla spår är mycket snyggt markerade, det finns till och med trycksensorer på banan. Men förare ersätts inte av datorer av sociala skäl, och så är fallet i en mängd olika branscher. Det finns också en fara att systemet agerar i strid med personens intressen och sätter ekonomiska fördelar över. Sådana situationer kommer naturligtvis att programmeras, men det är omöjligt att förutse allt. Människor kommer förr eller senare att falla in i tjänsten, maskinerna kommer att använda dem. Endast en hjärna som kan kreativa lösningar kommer att finnas kvar av en person. Och det behöver inte bero på en konspiration av maskiner. Vi kan själva köra oss in i en liknande situation genom att programmera maskinerna så att de inte tar hänsyn till mänskliga intressen när de uppfyller de uppgifter vi har satt.

Elon Musk kom på ett drag: en person kommer att gå med en ryggsäck med datorkraft, som hjärnan kommer att vända sig till efter behov. Men för att tilldela maskiner vissa uppgifter krävs direktkontakt med hjärnan. En kabel kommer att löpa från hjärnan till ryggsäcken, eller så kommer bilen att sys under huden. Då kommer personen att fullt ut förses med transcendentalt minne och snabbhet. Denna elektroniska enhet kommer inte att låtsas vara en person i historien, men för arbetsgivare kommer en person att utöka sina möjligheter. Lastbilschauffören kommer att ha råd att sova i bilen: den kommer att drivas av intellektet, som kommer att väcka hjärnan i ett kritiskt ögonblick.

Hur ansluter man sig till hjärnan? Vi har alla tekniska medel. Dessutom går hundratusentals människor redan med sådana elektroder av medicinska skäl. För att upptäcka fokus på ett epileptiskt anfall och för att stoppa det, installeras enheter som registrerar hjärnans elektriska aktivitet. Så fort elektroderna märker tecken på en attack i hippocampus stoppar de det. I USA finns det laboratorier där sådana enheter implanteras: benet öppnas och en platta med elektroder sätts in i cortex med en och en halv millimeter, till dess mitt. Sedan installeras en annan stans, en stång förs nära den, en knapp trycks in, och den slår skarpt, med stor acceleration, tärningen så att den kommer in i barken med en och en halv millimeter. Sedan tas alla onödiga enheter bort, benet sys, och bara en liten kontakt finns kvar. En speciell manipulator, som kodar för hjärnans elektroniska aktivitet, gör det möjligt för en person att kontrollera till exempel en robotarm. Men detta tränas med stor svårighet: det tar en person flera år att lära sig att kontrollera sådana föremål.

Varför implanteras elektroder i motorbarken? Om den motoriska cortexen styr handen betyder det att du behöver ta emot kommandon därifrån som styr manipulatorn. Men dessa neuroner är vana vid att styra handen, vars enhet är fundamentalt annorlunda än manipulatorn. Professor Richard Anderson kom på idén att implantera elektroder i området där handlingsplanen föds, men drivrutiner för att kontrollera rörelsedrivningarna har ännu inte utvecklats. Han implanterade neuroner i parietalregionen, i skärningspunkten mellan de auditiva, visuella och motoriska delarna. Forskare lyckades till och med få tvåvägskontakt med hjärnan: en metallarm utvecklades på vilken sensorer som stimulerar hjärnan installerades. Hjärnan har lärt sig att skilja på stimulering av varje finger separat.

Ett annat sätt är en icke-invasiv anslutning, där elektroderna är placerade på ytan av huvudet: vad kliniker kallar ett elektroencefalogram. Ett rutnät av elektroder skapas, där varje elektrod innehåller en mikrokrets, en förstärkare. Nätverket kan vara trådbundet eller trådlöst; information går direkt till datorn. En person gör en mental ansträngning, förändringar i potentialen i hans hjärna övervakas, klassificeras och dechiffreras. Efter erkännande och klassificering matas informationen till lämpliga enheter - manipulatorer.

Ett annat drag är socialiseringen av patienter med motor- och talstörningar. I Neurochat-projektet placeras en matris med bokstäver framför patienten. Dess kolumner och rader är markerade, och om urvalet faller på den linje personen behöver, läser elektroencefalogrammet en något annorlunda reaktion. Samma sak händer med kolumnen, och bokstaven som personen behöver hittas i korsningen. Systemtillförlitligheten är för närvarande 95 %. Det var nödvändigt att se till att patienten helt enkelt ansluter till Internet och utförde alla uppgifter, så inte bara bokstäver lades till i matrisen, utan också ikoner som betecknar vissa kommandon. Nyligen byggdes en bro mellan Moskva och Los Angeles: patienter från lokala kliniker kunde etablera kontakt genom korrespondens.

Den senaste utvecklingen inom området för kontakter med hjärnan är neurosymbiotiska kluster, som inte styrs av bokstäver utan av en maskins minnesceller. Om vi tar åtta celler, eller en byte, kan vi med en sådan kontakt välja en av cellerna och skriva en informationsenhet där. Således kommunicerar vi med datorn och skriver ner samma "40265" i den. Cellerna innehåller både de värden som behöver opereras och de procedurer som måste tillämpas på dessa celler. Så - utan att invadera hjärnan, utan från dess yta - kan du styra en dator. Materialforskare kom fram till en mycket tunn tråd, fem mikron, isolerad längs hela dess längd, och elektriska potentialsensorer placerades i dess noder. Tråden är mycket elastisk: den kan kastas över ett föremål med vilken lättnad som helst och på så sätt samla ett elektriskt fält från vilken, den minsta ytan. Detta nät kan blandas med gelén, lägg blandningen i en spruta och injiceras i musens huvud, där det kommer att räta ut sig och sitta mellan hjärnloberna. Men blandningen kan inte komma in i själva hjärnan, så den nya idén är att injicera ett nät i hjärnan när det precis börjar bildas, i embryonalstadiet. Då kommer det att vara i hjärnans massa, och celler kommer att börja växa genom den. Så vi får en pansarhjärna med en kabel. En sådan hjärna kan snabbt ta reda på i vilket område det är nödvändigt att ändra potentialen för datorn att utföra vissa uppgifter eller skriva information till sina celler, eftersom den interagerar med elektroderna från födseln. Och detta är full kontakt.