Er hjernen din en datamaskin?

Vi spurte eksperter om deres beste argumenter i den langvarige debatten om hvorvidt hjerner og datamaskiner behandler informasjon på samme måte.

Getty

av

• Dan Falk arkivside

25. august 2021

Det er en analogi som går tilbake til begynnelsen av datamaskintiden: helt siden vi oppdaget at maskiner kunne løse problemer ved å manipulere symboler, har vi lurt på om hjernen kan fungere på en lignende måte. Alan Turing spurte for eksempel hva som skulle til for en maskin til å tenke ; skrev i 1950, spådde han at innen år 2000 vil man kunne snakke om maskiner som tenker uten å forvente å bli motsagt. Hvis maskiner kunne tenke som menneskelige hjerner, var det bare naturlig å lure på om hjerner kunne fungere som maskiner. Selvfølgelig vil ingen forveksle det klissete materialet i hjernen din med CPU-en inne i den bærbare datamaskinen - men utover de overfladiske forskjellene, ble det antydet, kan det være viktige likheter.

I dag, alle disse årene senere, er eksperter delt. Selv om alle er enige om at vår biologiske hjerner skaper våre bevisste sinn , er de splittet i spørsmålet om hvilken rolle, om noen, spilles av informasjonsbehandling – den avgjørende likheten som hjerner og datamaskiner påstås å dele.

Denne historien var en del av september 2021-utgaven vår

• Se resten av saken
• Abonnere

Selv om debatten kan høres litt akademisk ut, har den faktisk implikasjoner i den virkelige verden: innsatsen for å bygge maskiner med menneskelignende intelligens avhenger i det minste delvis av å forstå hvordan våre egne hjerner faktisk fungerer, og hvor like – eller ikke – de er maskiner. Hvis hjernen kunne vises til å fungere på en måte som var radikalt forskjellig fra en datamaskin, ville det stille spørsmål ved mange tradisjonelle tilnærminger til AI.

Spørsmålet kan også forme vår følelse av hvem vi er. Så lenge hjernen, og sinnene de muliggjør, blir sett på som unike, kan menneskeheten forestille seg å være veldig spesiell. Å se hjernen vår som noe mer enn sofistikert beregningsmaskineri kan sprenge den boblen.

Vi ba ekspertene fortelle oss hvorfor de tror vi burde – eller ikke burde – tenke på hjernen som en datamaskin.

MOT: Hjernen kan ikke være en datamaskin fordi den er biologisk.

Alle er enige om at de faktiske tingene inne i en hjerne – designet over milliarder av år av evolusjon – er veldig forskjellig fra hva ingeniører hos IBM og Google legger i den bærbare datamaskinen eller smarttelefonen. For det første er hjerner analoge. Hjernens milliarder av nevroner oppfører seg veldig annerledes enn de digitale bryterne og logiske portene i en digital datamaskin. Vi har visst siden 1920-tallet at nevroner ikke bare slås av og på, sier biolog Matthew Cobb ved University of Manchester i Storbritannia. Når stimulansen øker, øker signalet, sier han. Måten en nevron oppfører seg når den blir stimulert, er forskjellig fra hvilken som helst datamaskin vi noen gang har bygget.

Blake Richards, en nevrovitenskapsmann og dataforsker ved McGill University i Montreal, er enig: hjerner behandler alt parallelt, i kontinuerlig tid i stedet for i diskrete intervaller, sier han. I kontrast bruker dagens digitale datamaskiner en veldig spesifikk design basert på originalen av Neumann arkitektur . De fungerer stort sett ved å gå trinn for trinn gjennom en liste med instruksjoner kodet i en minnebank, mens de får tilgang til informasjon som er lagret i diskrete minnespor.

Ingenting av det har noen likhet med det som foregår i hjernen din, sier Richards. (Og likevel fortsetter hjernen å overraske oss: de siste årene har noen nevrovitenskapsmenn gjort det argumenterte at selv individuelle nevroner kan utføre visse typer beregninger, sammenlignbare med det dataforskere kaller en XOR, eller eksklusiv eller, funksjon.)

FOR: Klart det kan! Den faktiske strukturen er ved siden av poenget.

Men kanskje det hjerner og datamaskiner gjør er fundamentalt det samme, selv om arkitekturen er annerledes. Det hjernen ser ut til å gjøre er ganske treffende beskrevet som informasjonsbehandling, sier Megan Peters, en kognitiv forsker ved University of California, Irvine. Hjernen tar pigger [korte utbrudd av aktivitet som varer omtrent en tiendedel av et sekund] og lydbølger og fotoner og konverterer det til nevral aktivitet – og den nevrale aktiviteten representerer informasjon.

Richards, som er enig med Cobb i at hjerner fungerer veldig annerledes enn dagens digitale datamaskiner, mener likevel hjernen er faktisk en datamaskin. En datamaskin, i henhold til bruken av ordet i informatikk, er bare en hvilken som helst enhet som er i stand til å implementere mange forskjellige beregningsbare funksjoner, sier Richards. Etter den definisjonen er ikke hjernen bare som en datamaskin. Det er bokstavelig talt en datamaskin.

Michael Graziano, en nevrovitenskapsmann ved Princeton University, gjenspeiler denne følelsen. Det er et bredere begrep om hva en datamaskin er, som en ting som tar inn informasjon og manipulerer den og på det grunnlaget velger utdata. Og en 'datamaskin' i denne mer generelle oppfatningen er hva hjernen er; det er det den gjør.

Men Anthony Chemero, en kognitiv vitenskapsmann og filosof ved University of Cincinnati, protesterer. Det som ser ut til å ha skjedd er at vi over tid har vannet ut ideen om «beregning» slik at det ikke lenger betyr noe, sier han. Ja, hjernen din gjør ting, og den hjelper deg å vite ting - men det er egentlig ikke beregning lenger.

FOR: Tradisjonelle datamaskiner er kanskje ikke hjernelignende, men kunstige nevrale nettverk er det.

Alle de største gjennombruddene innen kunstig intelligens i dag har involvert kunstige nevrale nettverk , som bruker lag med matematisk prosessering for å vurdere informasjonen de mates. Forbindelsene mellom lagene tildeles vekter (omtrent et tall som tilsvarer viktigheten av hver forbindelse i forhold til de andre - tenk på hvordan en professor kan utarbeide en endelig karakter basert på en serie quizresultater, men tillegge en større vekt til den siste quizen). Disse vektene justeres etter hvert som nettverket blir utsatt for mer og mer data, helt til det siste laget produserer en utgang. De siste årene har nevrale nettverk vært i stand til å gjenkjenne ansikter, oversette språk , og til og med etterligne menneskeskreven tekst på en uhyggelig måte.

Relatert historie

AI-pioner Geoff Hinton: Dyplæring kommer til å kunne gjøre alt For 30 år siden var Hintons tro på nevrale nettverk motsatt. Nå er det vanskelig å finne noen som er uenige, sier han.

Et kunstig nevralt nettverk er egentlig bare en modell på algoritmisk nivå av en hjerne, sier Richards. Det er en måte å prøve å modellere hjernen uten referanse til de spesifikke biologiske detaljene om hvordan hjernen fungerer. Richards påpeker at dette var det eksplisitte målet for nevrale nettverkspionerer som Frank Rosenblatt, David Rumelhart og Geoffrey Hinton : De var spesielt interessert i å prøve å forstå algoritmene som hjernen bruker for å implementere funksjonene som hjerner lykkes med å beregne.

Forskere har nylig utviklet nevrale nettverk som fungerer sies å ligne mer på de faktiske menneskelige hjerner . En slik tilnærming, prediktiv koding, er basert på forutsetningen om at hjernen hele tiden prøver å forutsi hvilke sensoriske input den kommer til å motta neste gang; ideen er at det å holde tritt med omverdenen på denne måten øker sjansene for overlevelse – noe som naturlig utvalg ville ha favorisert. Det er en idé som går igjen hos Graziano. Hensikten med å ha en hjerne er bevegelse - å kunne samhandle fysisk med den ytre verden, sier han. Det er det hjernen gjør; det er hjertet av hvorfor du har en hjerne. Det er å komme med spådommer.

MOT: Selv om hjerner fungerer som nevrale nettverk, er de fortsatt ikke informasjonsprosessorer.

Ikke alle tror nevrale nettverk støtter oppfatningen om at hjernen vår er som datamaskiner. Et problem er at de er det uutgrunnelig : Når et nevralt nettverk løser et problem, er det kanskje ikke klart hvordan det løste problemet, og gjorde det vanskeligere å argumentere for at metoden på noen måte var hjernelignende. De kunstige nevrale nettverkene som folk som Hinton jobber med nå er så kompliserte at selv om du prøver å analysere dem for å finne ut hvilke deler som lagret informasjon om hva, og hva som teller som manipulering av den informasjonen, kommer du ikke til å kunne trekke det ut, sier Chemero. Jo mer kompliserte de blir, jo mer vanskelig blir de.

Men forsvarere av hjerne-som-datamaskin-analogien sier at det ikke spiller noen rolle. Du kan ikke peke på en s og 0 s, sier Graziano. Den er distribuert i et mønster av tilkobling som ble lært blant alle de kunstige nevronene, så det er vanskelig å 'snakke' om nøyaktig hva informasjonen er, hvor den er lagret og hvordan den er kodet – men du vet at den er der.

FOR: Hjernen må være en datamaskin; alternativet er magi.

Hvis du er forpliktet til ideen om at den fysiske hjernen skaper sinnet, så er beregning den eneste levedyktige veien, sier Richards. Beregning betyr bare fysikk, sier han. Det eneste andre alternativet er at du foreslår en slags magisk 'sjel' eller 'ånd' eller noe sånt ... Det er bokstavelig talt bare to alternativer: enten kjører du en algoritme eller så bruker du magi.

MOT: Hjernen-som-datamaskin-metaforen kan ikke forklare hvordan vi utleder mening.

Uansett hvor sofistikert et nevralt nettverk kan være, er det faktisk ikke informasjonen som strømmer gjennom det mener noe, sier Romain Brette, en teoretisk nevrovitenskapsmann ved Vision Institute i Paris. Et ansiktsgjenkjenningsprogram, for eksempel, kan knytte et bestemt ansikt til å være mitt eller ditt – men til syvende og sist er det bare å spore korrelasjoner mellom to sett med tall. Du trenger fortsatt noen til å forstå det, tenke, oppfatte, sier han.

Noe som ikke betyr at hjernen gjør det ikke behandle informasjon – kanskje det gjør det. Beregning er sannsynligvis veldig viktig i forklaringen av sinnet og intelligensen og bevisstheten, sier Lisa Miracchi, filosof ved University of Pennsylvania. Likevel understreker hun at det hjernen gjør og hva sinnet gjør ikke nødvendigvis er det samme. Og selv om hjernen er datamaskinlignende, er det kanskje ikke sinnet: Mentale prosesser er ikke beregningsprosesser, fordi de er iboende meningsfulle, mens beregningsprosesser ikke er det.

Så hvor etterlater det oss? Spørsmålet om hjernen er eller ikke er som en datamaskin ser ut til å avhenge delvis av hva vi mener med datamaskin. Men selv om ekspertene kunne bli enige om en definisjon, virker det usannsynlig at spørsmålet vil bli løst med det første – kanskje fordi det er så nært knyttet til vanskelige filosofiske problemer, som det såkalte sinn-kropp-problemet og bevissthetspuslespillet. Vi krangler om hvorvidt hjernen er som en datamaskin fordi vi ønsker å vite hvordan sinn ble til; vi ønsker å forstå hva som tillater noen arrangementer av materie, men ikke andre, ikke bare å eksistere, men å oppleve.

Dan Falk er en vitenskapsjournalist basert i Toronto. Bøkene hans inkluderer Vitenskapen til Shakespeare og På jakt etter tid.