Er din hjerne en computer?

Vi spurgte eksperter om deres bedste argumenter i den mangeårige debat om, hvorvidt hjerner og computere behandler information på samme måde.

Getty

ved

• Dan Falk arkiv side

25. august 2021

Det er en analogi, der går tilbage til begyndelsen af ​​computeræraen: lige siden vi opdagede, at maskiner kunne løse problemer ved at manipulere symboler, har vi spekuleret på, om hjernen kunne fungere på samme måde. Alan Turing spurgte for eksempel, hvad der skulle til for en maskine til at tænke ; skriver i 1950 forudsagde han, at man i år 2000 vil være i stand til at tale om maskiner, der tænker uden at forvente at blive modsagt. Hvis maskiner kunne tænke som menneskelige hjerner, var det kun naturligt at spekulere på, om hjerner kunne fungere som maskiner. Selvfølgelig ville ingen forveksle det klistrede materiale i din hjerne med CPU'en inde i din bærbare computer - men ud over de overfladiske forskelle, blev det foreslået, kan der være vigtige ligheder.

I dag, alle disse år senere, er eksperterne delte. Selvom alle er enige om, at vores biologiske hjerner skaber vores bevidste sind , er de splittede i spørgsmålet om, hvilken rolle, hvis nogen, der spilles af informationsbehandling - den afgørende lighed, som hjerner og computere påstås at dele.

Denne historie var en del af vores september 2021-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Selvom debatten kan lyde en smule akademisk, har den faktisk implikationer i den virkelige verden: indsatsen for at bygge maskiner med menneskelignende intelligens afhænger i det mindste delvist af at forstå, hvordan vores egne hjerner faktisk fungerer, og hvor ens – eller ej – de ligner maskiner. Hvis hjerner kunne påvises at fungere på en måde, der var radikalt anderledes end en computer, ville det sætte spørgsmålstegn ved mange traditionelle tilgange til AI.

Spørgsmålet kan også forme vores følelse af, hvem vi er. Så længe hjerner og de sind, de muliggør, betragtes som unikke, kan menneskeheden forestille sig, at den faktisk er meget speciel. At se vores hjerner som intet andet end sofistikeret beregningsmaskineri kunne sprænge den boble.

Vi bad eksperterne fortælle os hvorfor de tror, ​​at vi burde – eller burde – tænke på hjernen som værende som en computer.

MOD: Hjernen kan ikke være en computer, fordi den er biologisk.

Alle er enige om, at de faktiske ting inde i en hjerne - designet gennem milliarder af år af evolution - er meget anderledes end det, ingeniører hos IBM og Google lægger i din bærbare computer eller smartphone. For det første er hjerner analoge. Hjernens milliarder af neuroner opfører sig meget anderledes end de digitale kontakter og logiske porte i en digital computer. Vi har vidst siden 1920'erne, at neuroner ikke bare tænder og slukker, siger biolog Matthew Cobb fra University of Manchester i Storbritannien. I takt med at stimulus stiger, stiger signalet, siger han. Den måde en neuron opfører sig på, når den stimuleres, er forskellig fra enhver computer, vi nogensinde har bygget.

Blake Richards, en neurovidenskabsmand og datalog ved McGill University i Montreal, er enig: hjerner behandler alting parallelt, i kontinuerlig tid i stedet for i diskrete intervaller, siger han. I modsætning hertil anvender nutidens digitale computere et meget specifikt design baseret på originalen af Neumann arkitektur . De fungerer stort set ved at gå trin for trin gennem en liste over instruktioner kodet i en hukommelsesbank, mens de får adgang til information, der er gemt i diskrete hukommelsespladser.

Intet af det har nogen lighed med det, der foregår i din hjerne, siger Richards. (Og alligevel bliver hjernen ved med at overraske os: I de senere år har nogle neurovidenskabsmænd gjort det argumenterede at selv individuelle neuroner kan udføre visse former for beregninger, der kan sammenlignes med, hvad dataloger kalder en XOR, eller eksklusiv eller, funktion.)

FOR: Selvfølgelig kan det! Den faktiske struktur er ved siden af.

Men måske er det, hjerner og computere gør, grundlæggende det samme, selvom arkitekturen er anderledes. Det, hjernen ser ud til at gøre, er ganske passende beskrevet som informationsbehandling, siger Megan Peters, en kognitiv videnskabsmand ved University of California, Irvine. Hjernen tager pigge [korte udbrud af aktivitet, der varer omkring en tiendedel af et sekund] og lydbølger og fotoner og konverterer det til neural aktivitet – og den neurale aktivitet repræsenterer information.

Richards, der er enig med Cobb i, at hjerner fungerer meget anderledes end nutidens digitale computere, mener ikke desto mindre, at hjernen er faktisk en computer. En computer er ifølge brugen af ​​ordet i datalogi bare enhver enhed, der er i stand til at implementere mange forskellige beregnelige funktioner, siger Richards. Med den definition er hjernen ikke bare som en computer. Det er bogstaveligt talt en computer.

Michael Graziano, en neuroforsker ved Princeton University, gentager denne følelse. Der er et mere bredt begreb om, hvad en computer er, som en ting, der optager information og manipulerer den og på den baggrund vælger output. Og en 'computer' i denne mere generelle opfattelse er, hvad hjernen er; det er det, det gør.

Men Anthony Chemero, en kognitiv videnskabsmand og filosof ved University of Cincinnati, protesterer. Det, der ser ud til at være sket, er, at vi med tiden har udvandet tanken om 'beregning', så det ikke længere betyder noget, siger han. Ja, din hjerne laver ting, og den hjælper dig med at vide ting - men det er ikke rigtig beregning længere.

FOR: Traditionelle computere er måske ikke hjernelignende, men det er kunstige neurale netværk.

Alle de største gennembrud inden for kunstig intelligens i dag har involveret kunstige neurale netværk , som bruger lag af matematisk behandling til at vurdere den information, de bliver fodret med. Forbindelserne mellem lagene tildeles vægte (omtrent et tal, der svarer til vigtigheden af ​​hver forbindelse i forhold til de andre – tænk på, hvordan en professor kan udarbejde en endelig karakter baseret på en række quizresultater, men tillægge en større vægt til den sidste quiz). Disse vægte justeres, efterhånden som netværket udsættes for flere og flere data, indtil det sidste lag producerer et output. I de senere år har neurale netværk været i stand til at genkende ansigter, oversætte sprog , og endda efterligne menneskeskreven tekst på en uhyggelig måde.

Relateret historie

AI-pioner Geoff Hinton: Dyb læring vil kunne alt For 30 år siden var Hintons tro på neurale netværk modstridende. Nu er det svært at finde nogen, der er uenige, siger han.

Et kunstigt neuralt netværk er faktisk dybest set bare en model på algoritmisk niveau af en hjerne, siger Richards. Det er en måde at forsøge at modellere hjernen uden reference til de specifikke biologiske detaljer om, hvordan hjernen fungerer. Richards påpeger, at dette var det eksplicitte mål for neurale netværkspionerer som Frank Rosenblatt, David Rumelhart og Geoffrey Hinton : De var specifikt interesseret i at forsøge at forstå de algoritmer, som hjernen bruger til at implementere de funktioner, som hjerner med succes beregner.

Forskere har for nylig udviklet neurale netværk, hvis funktion er siges at ligne de faktiske menneskelige hjerner . En sådan tilgang, prædiktiv kodning, er baseret på den forudsætning, at hjernen konstant forsøger at forudsige, hvilke sensoriske input den næste gang vil modtage; tanken er, at det at holde trit med omverdenen på denne måde øger dens chancer for overlevelse – noget som naturlig udvælgelse ville have favoriseret. Det er en idé, der giver genlyd hos Graziano. Formålet med at have en hjerne er bevægelse - at kunne interagere fysisk med den ydre verden, siger han. Det er det, hjernen gør; det er hjertet af, hvorfor du har en hjerne. Det er for at komme med forudsigelser.

MOD: Selvom hjerner fungerer som neurale netværk, er de stadig ikke informationsprocessorer.

Ikke alle tror, ​​at neurale netværk understøtter forestillingen om, at vores hjerner er som computere. Et problem er, at de er det uudgrundelige : Når et neuralt netværk løser et problem, er det måske slet ikke klart hvordan det løste problemet, hvilket gjorde det sværere at argumentere for, at dens metode på nogen måde var hjernelignende. De kunstige neurale netværk, som folk som Hinton arbejder på nu, er så komplicerede, at selvom du prøver at analysere dem for at finde ud af, hvilke dele der lagrede information om hvad, og hvad der tæller som manipulation af den information, vil du ikke være i stand til at trække det ud, siger Chemero. Jo mere komplicerede de bliver, jo mere uoverskuelige bliver de.

Men forsvarere af hjerne-som-computer-analogien siger, at det ikke betyder noget. Du kan ikke pege på en s og 0 s, siger Graziano. Det er distribueret i et mønster af forbindelse, som blev lært blandt alle de kunstige neuroner, så det er svært at 'snakke shop' om præcis, hvad informationen er, hvor den er gemt, og hvordan den er kodet - men du ved, at den er der.

FOR: Hjernen skal være en computer; alternativet er magi.

Hvis du er forpligtet til ideen om, at den fysiske hjerne skaber sindet, så er beregning den eneste levedygtige vej, siger Richards. Beregning betyder bare fysik, siger han. Den eneste anden mulighed er, at du foreslår en form for magisk 'sjæl' eller 'ånd' eller sådan noget ... Der er bogstaveligt talt kun to muligheder: enten kører du en algoritme, eller også bruger du magi.

MOD: Hjernen-som-computer-metaforen kan ikke forklare, hvordan vi udleder mening.

Uanset hvor sofistikeret et neuralt netværk måtte være, gør den information, der strømmer gennem det, faktisk ikke betyde noget, siger Romain Brette, en teoretisk neuroforsker ved Vision Institute i Paris. Et ansigtsgenkendelsesprogram kan f.eks. knytte et bestemt ansigt til at være mit eller dit - men i sidste ende er det bare at spore korrelationer mellem to sæt tal. Man har stadig brug for nogen til at give mening ud af det, tænke, opfatte, siger han.

Hvilket ikke betyder, at hjernen gør ikke behandle information – måske gør det det. Beregning er sandsynligvis meget vigtig i forklaringen af ​​sindet og intelligens og bevidsthed, siger Lisa Miracchi, filosof ved University of Pennsylvania. Alligevel understreger hun, at det, hjernen gør, og det sindet gør, ikke nødvendigvis er det samme. Og selvom hjernen er computerlignende, er sindet måske ikke det: Mentale processer er ikke beregningsprocesser, fordi de i sagens natur er meningsfulde, hvorimod beregningsprocesser ikke er det.

Så hvor efterlader det os? Spørgsmålet om, hvorvidt hjernen er som en computer eller ej, afhænger til dels af, hvad vi mener med computer. Men selv hvis eksperterne kunne blive enige om en definition, synes spørgsmålet usandsynligt at blive løst i den nærmeste fremtid - måske fordi det er så tæt knyttet til tornede filosofiske problemer, som det såkaldte sind-krop-problem og bevidsthedens puslespil. Vi skændes om, hvorvidt hjernen er som en computer, fordi vi gerne vil vide, hvordan sind blev til; vi ønsker at forstå, hvad der tillader nogle arrangementer af stof, men ikke andre, ikke kun at eksistere, men at opleve.

Dan Falk er videnskabsjournalist baseret i Toronto. Hans bøger omfatter bl Videnskaben om Shakespeare og På jagt efter tid.