Žmogaus smegenys: paslaptis, kurios mokslas dar neperprato
(4)
Rašytojai fantastai jau kelis šimtus metų kalba apie žmonių nemirtingumo variantus, o futurologai žada technologinį singuliarumą jau net 2045 metais! Tačiau laikas vis bėga, inžinieriai su ašara akyse paskelbia apie Moore'o dėsnio mirtį, o kriogenikai už gerą pinigų sumą tebešaldo patiklių žmonių smegenis skystame azote su viltimi, kad mokslas ateityje suras išeitį.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Pastovus technologinis progresas ir matematikos nuobodžiausia funkcija eksponentė užtikrino lengvą gyvenimą ne tik inžinieriams bet ir pardavimų vadybininkams. Nuo 1970 metų reikalai pas visus ėjo kaip iš pypkės: be jokių ypatingų pastangų išaugdavo pardavimai ir pagreitėdavo kompiuteriai. Nieko nuostabaus, jog tokiomis palankiomis sąlygomis atsirado kalbos apie laikus, kuomet “mašinos bus protingesnės” už žmogų. Taip pat nereiktų stebėtis futurologų minties polėkiu ir teiginiais apie į mašinas persikėlusią gyventi žmoniją.
Tačiau negailestinga motina Gamta gana greitai leido suprasti mokslininkams, kad lengvi laikai praeityje. Dėl fizikinių dėsnių procesorių greičiai įstrigo apie 4 GHz dažnį, o procesoriuose išskiriamas šilumos tankis priartėjo prie branduolinio reaktoriaus šiluminio tankio. Šiomis sąlygomis mums prireiktų net 110 000 galingiausių japoniškų superkompiuterių vien tam, kad galėtume sumodeliuoti žmogaus proto veiklą, o visus šiuos superkompiuterius turėtų aprūpinti elektros energija net 860 atominių jėgainių blokai!
Nors reikalai neatrodo tokie prasti, kadangi mokslininkai nuo gamtos nusižiūrėjo naujo tipo neuromorfinių procesorių dizainą, žmogaus proto realaus laiko simuliacija lieka problematiška. Galite paklausti kodėl? Matote, neuromorfiniai procesoriai drastiškai sumažina suvartojamos elektros energijos kiekį, tačiau pagal savo dydį yra masyvūs ir kiekviename iš jų tėra 4096 “neuronai”. Kitaip sakant, vienam žmogaus protui prireiktų milijardo tokių procesorių.
Kas dar liūdniau, neuromorfiniai procesoriai bei jų tiesioginis lyginimas su žmogaus protu susilaukia neįtikėtinai stiprios kritikos iš žymiausių neuromokslininkų. Žmogaus proto kompiuterinio modeliavimo pradininkas prof. H. Markgramas atvirai vadina tokius palyginimus “antimi”. Profesoriaus Markramo laboratorija gavo Žmogaus smegenų projektui (Human Brain project) vystyti net 1,3 mlrd. eurus, kurios skyrė Europos Sąjunga. Skaitytoją gali nustebinti tokia milžiniška suma, tačiau nuostaba išgaruos, kuomet skaitytojas susipažins su milžinišku smegenų sudėtingumu.
Dirbtiniu intelektu užsiimantys mokslininkai dažnai kalba apie tai, koks gi neįtikėtinas yra žmogaus protas: 100 milijardų neuronų, kiekvienas kurių yra susijungęs iki 10 000 jungčių su savo neuronais-kaimynais, telpa vos ne į dėžutę nuo batų ir suvartoja tik 20 vatų bei veikia ties dešimties hercų dažniu. Palyginus su dabartiniais superkompiuteriais, kurių kiekvienas procesorius turi po keletą milijardų tranzistorių, veikia ties gigahercų dažniais bei suvartoja po 100 vatų, tad superkompiuterių aušinimui būtini ežerai, o energiją jiems tiek elektrinės, o patys superkompiuteriai užima ištisus aukštus.
Nieko nuostabaus, kad dirbtinio intelekto kūrėjau su pavydu žvelgią į žmogaus protą. Be abejo, toks tiesmukas dabartinės procesorių architektūros ir žmogaus sandaros lyginimas yra nevisai korektiškas. Kompiuteriai operuoja pagal griežtą “Taip/Ne” logiką, o žmogaus logika gan lanksti ir kartais sunkiai apčiuopiama. Gan dažnai yra spekuliuojama, jog žmogaus proto pranašumas prieš superkompiuteryje yra sąlygotas didelio procesų mūsų smegenyse lygiagretumo. Todėl tokios korporacijos, kaip IBM, dirbdamos su žmogaus protą imituojančiais kompiuteriniais čipais, siekia didelio kiekio dirbtinių “neuronų” mikroschemoje.
Tačiau reiktų paklaust savęs, ar pagrįstai mes galvojame, jog mūsų galvose vyksta aibė lygiagrečių procesų? Eksperimentinio šios hipotezės patvirtinimo ilgai nebuvo. Tačiau tai lėtai keičiasi: graikų mokslininkai iš Atėnų universiteto pabandė magnetinio rezonanso pagalba stebėdami smegenų aktyvumą suskaičiuoti, kiek gi nepriklausomų “procesorių” yra žmogaus galvoje. Jie stebėjo žmogaus smegenų veiklą, kuomet žmogus atlikinėjo testą: ekrane pasirodžius raudonam arba žalia kvadratui, žmogus turėjo parodyt į jį arba kairės, arba dešinės rankos pirštu (priklausomai nuo spalvos). Atlikus virš 900 bandymų ir išanalizavus duomenis, paaiškėjo, kad žmogaus smegenyse darbuojasi apie 50 nepriklausomų procesorių.
Greičiausiai dirbant ties dar sudėtingesne užduotimi, nepriklausomų procesų skaičius mūsų galvose dar daugiau didėtų. O supaprastinus užduotį ir pasiūlys atpažinti objektus, stebimų “procesorių” skaičius sumažėja. Galime tai interpretuoti kaip teiginio patvirtinimą, kad už objektų atpažinimą atsakingi specializuoti neuronai.
Jei kalbėti apie žmogaus smegenų palyginimą su IBM TrueNorth čipu, žmogaus smegenų neuronas turi keletą tūkstančių ryšių su kitais neuronais, o inžinierių pagamintas čipas tik 256. Mūsų smegenų struktūra yra trimatė, o dėl litografijos čipų struktūrą yra planarinė. Mūsų neuronai yra plastiški, o čipų ryšiai yra fiksuoti.
Aukščiau paminėtas tyrimas pasako mums, kad visai galima, jog žmogaus smegenyse lygiagretumas nėra neuronų lygmenyje. Šią prielaidą netiesiogiai patvirtina ir iš biologijos žinomas faktas apie neuronų ryšių plastiškumą. Tačiau svarbiausia žinia, kurią neša šis tyrimas, žmogaus smegenų lygiagretumas nėra neuronų lygiagretumas. Tai yra besikeičiančių neuronų grupių lygiagretiškumas.
Nemaža to, kad mokslininkai kopijuoja ne tą funkcionalumo lygmenį, jie dar kopijuoja ir supaprastintus “neuronus”. Žmogaus smegenų neuronai yra gerokai įvairesni. Realus neuronas turi dešimtis tūkstančių proteinų, neuronai naudoja virš 384 skirtingų rūšių neurotransmiterių, mokslas žino bent 30 skirtingų sinaptinių kanalų ir bent 6 skirtingus sinapsių tipus, kurie elgiasi netiesiškai. O pačių neuronų tipų skaičius keičiasi nuo keleto tūkstančių iki kelių šimtus priklausomai nuo klasifikacijos.
Vien pagal neurono struktūrą egzistuoja keturi skirtingi neuronų tipai. Anaksioniniai neuronai, kuriose dendritai sunkiai atskiriami nuo aksonų. Bipoliniai neuronai, kuriose vienas jų galas priima informacija, o kitas perduoda. Unipoliniai (arba pseudopoliniai) kuriose tiek gaunama , tiek perduodama informacija pasiekia neurontą tuo pačiu kanalu. Multipoliniai neuronai, turintys daug dendritų ir daug aksionų atšakų.
Lyg to būtų maža, neuronai dar pasidalija pagal funkcijas į motorinius, sensorinius ir interneuronus. Dar daugiau, pagal sinapsės tipą jie skirstoma į cheminius ir elektrinius, o cheminiai žino keletą šimtų skirtingų neurotrasmiterių. Taip pat nereikia pamiršti, kad žmogaus protas yra veikiamas jo paties kūno impulsų, todėl žmogaus protas atsidūręs elektroninėje erdvėje gali jausti diskomfortą, neturėdamas rankų, kojų, regos, klausos ir uoslės. Nekalbu apie tai, kad mes esami įtakojami trilijonų mūsų mažų ir nematomų despotų, kurie apeina mūsų laisvą valią ir liepia mums daryti tai, kas yra jiems naudinga.
Jaunam mokslininkui, dirbančiam su žmogaus smegenų modeliavimu, kaip matome, gyvenimas tikrai nėra lengvas. Be tokių žmogiškų problemų, kaip “mergina paliko”, “vaikinas metė”, prisideda dar ir problema “mokslas – negailestinga bjaurastis”. Tiksliau ne mokslas, o gamta ir sudėtingos homo sapiens smegenys. Jus tik pagalvokite, kiek kantrybės reikia! Pagalvokite, ar ilgai tokiame nenuspėjamame darbe išbūtumėte.
Kompiuterijos specialistai kalbėdami apie įrenginius kalba apie du skirtingus principus: analoginį ir skatmeninį. Reikalas yra tas, kad vienur efektyvūs yra vieni, kitur geresni yra antri. Ir čia laikas butų paklausti, o kokiai sistemai priklauso žmogaus smegenys...
Būtent šį klausimą bandė nagrinėti skaitmeniškai viena mokslininkų komanda. Nuo seno yra žinoma, kad dalis neuroninių procesų reaguoja palaipsniui į signalo didėjimą, o kita dalis reaguoja tik į ateinančius impulsus (kaip skaitmeninis procesorius). Mokslininkai išnagrinėjo įvairius žmogaus neuronų modelius ir pabandė nustatyti tų neuronų informacijos perdavimo efektyvumą. Analizuojant jų apžvalgos rezultatus gana greitai paaiškėja, kad mūsų smegenys yra iš dalies analoginės ir iš dalies skaitmeninės. Tokie rezultatai tūrėtų būti tikras šokas mokslininkams, kadangi jie tik dar labiau apsunkina žmogaus smegenų tyrimus.
Kaip matome, žmogaus technologiniam nemirtingumui atsiranda vis naujų problemų. Galu gale, žmogus nėra jau toks nepriklausomas padaras: mus gana stipriai valdo mūsų maži draugai bei despotai. Ir dar nežinia, kaip mūsų protas sureaguotų atsidūręs kūne be vidurių, rankų ir kojų.
