Havi bejegyzések archívuma augusztus, 2013

aug 29 2013

On Intelligence – Jeff Hawkins könyve az agykéreg működéséről

Közzétéve által Blog kategória alatt

Minthogy a lélek minden tulajdonsága annyira függ az agyvelő és az egész test helyes megszervezettségétől, hogy ezek a tulajdonságok láthatólag azonosak magával a szervezettel: valóban jól megvilágított masina ez!

Julien Offray de La Mettrie: L’Homme Machine 1748

 

Információ, ember és társadalom című könyvem kéziratának egyik véleményezője az Agy és tudatosság alfejezetre reflektálva hívta fel a figyelmemet Jeff Hawkins: On Intelligence címen megjelent munkájára.[1] Szerinte Hawkins a könyvemben rejtélyesnek és tisztázatlannak bemutatott elmeműködés, tudatosság, szimulált világ problémakört „gyönyörűen feltárta, leírta, megoldotta”. A könyv weboldalán, majd a borítókon olvasható vélemények – közöttük Eric Kandel és James Watson  Nobel díjas biológusok ajánlásai – valóban sokat ígérőek.  Watson például Schrödinger 1944-ben megjelent Mi az élet című művéhez hasonlítja Hawkins opusát, amely szerinte olyan szerepet fog játszani az agy működésének megértésében, mint Schrödingeré a molekuláris genetika kialakulásában.[2]  Maga a szerző sem fukarkodik az ígéretekkel. Az előszóban a memória, a gondolkodás, a kreativitás, az intelligencia és a viselkedés neuronális alapjainak megvilágítását helyezi kilátásba, és azt ígéri, hogy elmélete képes megmagyarázni, miért érzünk tudatos állapotokat, hogyan működik a kreativitás, és betekintést kaphatunk a személyiségünk és cselekvéseink mögötti neuronális tényezőkbe.  Az On Intelligence szerzője – Merlin Donalddal ellentétben, aki könyvében[3] szigorúan a funkcionalitás területén marad, és nem is foglakozik azzal a problémával, hogy a tudatosság hogyan generálódik az agyműködésből – a neuronok szintjéig hatoló részletezettséggel szándékozik bemutatni a neocortex működését. Célja az intelligencia mibenlétének olyan mértékű megértése, hogy annak alapján képesek legyünk valóban intelligens,  akár az ember intelligenciaszintjét és intelligenciatípusait meghaladó gépek építésére is.[4]

Fentiek alapján kézenfekvő a kérdés: tényleg ilyen jelentős munkát tart kezében az olvasó? Valóban feltárja a szerző az emberi magasabb idegműködés eddig rejtett paramétereit?
A válasz sejthető: természetesen nem. Nem tárul fel maradéktalanul a szimulált világ rejtélye, és nem kerülünk közelebb az elme mibenlétével, valamint a tudatosság megjelenésével és működésével kapcsolatos magyarázati problémák megoldásához sem. Nem tudjuk meg (ebből a könyvből sem) kik vagyunk, és miért azok, akik. Nem kielégítőek és nem meggyőzőek – pláne nem végérvényesen tisztázóak – a kreativitásra és az intelligencia mibenlétére, működésmódjának bemutatására irányuló magyarázatok sem. A könyv megjelenése óta 9 év telt el, és a könyvet dicsérők által prognosztizált áttörés – mind az agyműködés megértése, mind a mesterséges intelligencia kutatás területén – (legalábbis eddig), elmaradt.

Mindebből arra következtethetnénk, hogy nyugodtan mellőzhetjük a könyv elolvasását.
E sorok írója azonban amellett érvel, hogy a szóban forgó műnek vannak olyan erényei, amelyek messze fölé emelik a hasonló témájú írások átlagának, és figyelmünkre érdemessé teszik. Először is az, hogy igen jól megírt könyvhöz van szerencsénk, amely a mesterfokú ismeretterjesztés és tudományos értekezés szerencsés kombinációja. Az érvelés magával ragadó, a szöveg könnyen olvasható, ugyanakkor tömör, szakszerű, lényegkiemelő és -láttató. A már ismert tények is gyakran új összefüggésben, a szokásostól eltérő nézőpontból megmutatva jelennek meg. Mindehhez bizonyára nem kis mértékben járul hozzá, hogy Hawkins tapasztalt tudományos publicistát választott szerzőtársul Sandra Blakeslee személyében. A világos argumentáció fontos felismerések közvetítésének szolgálatában működik.

A könyv érdeme továbbá, hogy részletekbe menően megvilágítja az agy és a számítógép működése közötti alapvető különbségeket. Hawkins ezt nem öncélúan teszi; elméletének karakterisztikus építőelemei éppen ebből az eltérésből adódnak. A mesterséges intelligenciával kapcsolatos kutatásokról szóló első fejezetben bemutatja azokat a – máig ható – szemléleti korlátokat, amelyek mindmáig képtelenné tették valóban intelligens gépi rendszerek létrehozására az ilyen kutatásokat. Searle Kínai-szoba gondolatkísérletére építve amellett érvel, hogy az agyműködés szimbólum-manipulációs komputációként történő modellezése nem alkalmas a gondolkodás, az intelligencia és a megértés magyarázatára.
A szimbólummanipulációs elmélettől radikálisan eltérő konnekcionista modell korlátait is bemutatja, tételesen kifejtve, hogy egy reális agykéreg-szimulációs modellnek (cortically realistic network) milyen követelményeket kellene teljesíteni. Kifejti abbeli meggyőződését, hogy az intelligencia megértésének kulcsa az agykéreg működésében realizálódó algoritmusok megismerésében rejlik. Ez különbözteti meg felfogását a funkcionalizmus azon változataitól, amelyek a kognitív működések lényegét az agy szerkezetétől – és minden más fizikai hordozótól is – független,„anyagtalan” logikai szabályok definiálásával próbálják megragadni, és ami Hawkins és Searle szerint a mesterséges-intelligencia kutatásokat eddig zsákutcába vezette.

A továbbiakban meggyőző érveléssel építi fel az emberi agykéreg (neocortex) működését magyarázó elméletét. Hangsúlyozza azt az elmélete szempontjából fontos tényt, hogy az agy mintázatokat generáló és manipuláló szerkezet (brains as pattern machines, 62.o.).
Szerinte az agykéreg egy hierarchikus szerveződésű memória rendszer, amelyben a számítógépek memóriájától teljesen eltérően

  • a mintázatok tárolása és előhívása szekvenciális
  • az emléknyomok megjelenítése auto-asszociatív módon történik (egy karakterisztikus mintázat-részlet aktiválása előhívja a teljes mintázatot)
  • az érzékszervekből generálódó mintázatok invariáns reprezentációkká transzformálódnak (és így is tárolódnak)
  • az invariáns reprezentációk sajátos, beágyazott hierarchikus rendszert alkotnak.

Leszögezi: az agy nem párhuzamos működésű komputációs gép, ahogy sokan feltételezik. Amikor az agykéreg egy problémával szembe kerül, nem számol ki semmit, hanem egyszerűen előhívja a választ, a megoldást a memóriából. Hawkins modellje szerint a neocortex algoritmusainak hierarchikus rendszere képes arra, hogy az érzékszervekből befutó mintázatoknak a részletektől független lényegi relációit kiemelje.[5] Eközben a gyorsan változó részletekkel az alacsonyabb szintű régiók „foglalkoznak”, míg a hierarchia magasabb szintjei egyre általánosabb reprezentációkat készítenek.  A kérgi információfeldolgozó algoritmusok struktúrákat keresnek és alkotnak az érzékszervekből folyamatosan áramló impulzusok kaotikus rendszerében.[6]  Ily módon az agykéreg szerkezetében automatikusan leképeződnek a külvilág objektumainak és folyamatainak valós viszonyai: egyféle dinamikus világmodell konstruálódik.[7] A hatrétegű kéreg magasabb régiói egy holisztikusabb világlenyomat letéteményesei, miközben az alsó szintek a gyorsan változó, apró részletek tárolásával és előhívásával vannak elfoglalva.

Hawkins elméletének újdonsága és erőssége az, hogy részletekkel tölti meg a már korábban is ismert elképzelést, miszerint az agy modellt készít a valóságról, és ennek érvényességét folyamatosan ellenőrzi.[8] Az agyban folyamatosan kétirányú információáramlás történik. Ennek során a tárolt invariáns reprezentációk (emléknyomok) és a befutó aktuális szenzoros inputok összevetése képessé teszi az agykérget a történések előrejelzésére. Egyezés esetén a tárolt mintázat előre jelzi, „megjósolja” a bekövetkező történéseket, azaz: kicsit a jövőbe látunk, így viselkedésünk hatékonyabb, intelligensebb lesz. Az intelligencia mértéke pedig a bejövő mintázatok előrejelzésének képessége a korábbi mintákra való visszaemlékezés alapján.[9]  A könyv legterjedelmesebb fejezetében (How the Cortex Works) Hawkins leírja, hogy az elképzelése szerinti kogníció hogyan realizálódik az agykéreg szerveződésében és működésében. A fejezetnek az a része, amely a neuronhálózatok kapcsolatrendszerének részleteire is kiterjed, nem könnyű olvasmány a laikus olvasó számára. A hipotetikus, deduktív modell egyes elemeinek beleillesztése a kérgi szerveződés komplex neuroanatómiai és neurofiziológiai rendszerébe – a kidolgozott, világos argumentáció ellenére is – csak fokozott koncentrációval követhető, és nem biztos, hogy az olvasónak sikerül a részletek integrációja. Szerencsére ettől függetlenül is jó intuitív képet kaphatunk elképzeléseinek lényegéről.

Az eddig leírtak alapján recenzióm olvasójában joggal merülhet fel a kérdés: milyen kifogások merülhetnek fel a könyvvel kapcsolatban? Nos, a könyv borítóin olvasható pozitív értékeléseknek abban igaza lehet, hogy Hawkins az agykéreg kognitív működéseinek magyarázatára a rendelkezésre álló ismereteket eredeti koncepciója alapján integrálva minden eddiginél koherensebb és általánosabb, helyenként megvilágító erejűnek tűnő elméletet dolgozott ki. A problémák ott mutatkoznak, ahol – esetenként elegáns, egyszerű elméletét kiterjesztve – a magasabb idegműködéssel kapcsolt olyan jelenségek magyarázatára vállalkozik, mint a tudatos tapasztalat, az érzetminőségek, a kreativitás.  Erről azonban a könyvszemle rövidesen felkerülő, befejező részében szólok.

 


[1] Hawkins, J. : On intelligence. Holt  Paperback, New York, 2005.

[2] “On Intelligence will have a big impact; everyone should read it. In the same way that Erwin Schrodinger’s 1943 classic What is Life? made how molecules store genetic information then the big problem for biology, On Intelligence lays out the framework for understanding the brain.”- James D. Watson, president, Cold Spring Harbor Laboratory, and Nobel laureate in physiology

[3] Donald, M..: A mind so rare. The evolution of human consciousness. W.W. Norton, New York, 2001.

[4] “I want to understand how the brain works, not just for a philosophical perspective, not just in a general way, but in a detailed nuts and bolt engineering way.” Hawkins, J.: On intelligence. Holt  Paperback, New York, 2005. p. 1.

[5] „Memories are stored in a form, that captures the essence of relationships, not the datails of the moment.” ibid. p. 82.

[6] „During each waking moment, each functional region is waiting vigiliantly for familiar patterns or pattern fragment to come in.” ibid. p. 74.

[7] „The sequences by which you experience the world is the real structure of the world, and that is what the cortex wants to remember.” ibid. p. 137.

[8] Dawkins „Szivárványbontás” című könyvének egyik tanulmányában (A világ újraszövése) a tőle megszokott szemléletességgel írja le a modell sajátosságait. In: Dawkins, R.: Szivárványbontás. Tudomány, szemfényvesztés és a csoda igézete. Vince Kiadó, Budapest, 2001. 254-279. o.

[9] „Your brain receives patterns from the outside world, stores them as memories, and makes predictions by combining what it has seen before and what is happening now.” ibid. 97. p.

Nincs hozzászólás