Od trzech lat najbliższym przyjacielem człowieka w Bell Laboratories, tych samych, w których 40 lat temu na ( zamówienie wynaleziono tranzystor, jest ślimak. Jego największą zaletą jest mózg — łatwe dostępny, nieskomplikowany, o dużych komórkach nerwowych i neuronach. Zadaniem naukowców jest zrozumienie istoty jego działania i odwzorowania jej na komputerze.
W USA nad tym zagadnieniem pracują cywilne i zwłaszcza wojskowe ośrodki badawcze dysponujące budżetami sięgającymi dziesiątków milionów dolarów. W Japonii, przy zapewnieniu niezbędnej ilości jenów i specjalistów, realizowany jest międzynarodowy program „Ludzkie granice“. W Europie utworzono projekt „Brain“ (mózg), w którym uczestniczą wszystkie najbardziej znaczące firmy elektroniczne.
Na czym ma polegać postęp? Weźmy prosty przykład. Jeśli do pamięci komputera włożymy milion fotografii osób, po czym zaprezentujemy mu kopię jednej z nich i poprosimy o jej identyfikację, to on zrobi to w ciągu sekundy. Ale jeśli pokażemy mu inne zdjęcie danej osoby, nawet bardzo podobne, to odpowie, że tej osoby nie ma w swoim zbiorze danych. Jest po prostu głupi. Gdyż nawet bardzo ograniczony osobnik jest w stanie rozpoznać daną osobę na podstawie bardzo powierzchownej karykatury.
Rozwiązanie tkwi w przejściu od komputerów linearnych „kartezjańskich“ do informatyki neuronalnej“.
Już twórca informatyki John von Neumann przeczuł, że przyszłość leży w neuronach. Niektórzy matematycy poszli tym tropem i ułożyli nawet parę interesujących równań. Okazało się jednak, iż technologia i wiedza teoretyczna nie były wówczas wystarczająco zaawansowane. Dopiero w 1982 r. amerykański fizyk John Hopfield udowodnił, że istnieje pewna analogia między molekułami gazu w ruchu i zachowaniem „modelowych“ neuronów (neuron modelowy jest przybliżonym odwzorowaniem neuronu biologicznego w sieci utworzonej z tranzystorów i mikroprocesorów).
Zważywszy, że znane są przecież prawa statystyki opisujące zachowanie gazów, był to wyłom, za którym poszła lawiną. Od 1985 r. w największych laboratoriach na całej ziemi powstały międzydyscyplinarne zespoły badaczy grupujące neurobiologów, informatyków, matematyków, logików, fizyków i psychologów, kładące podwaliny pod nową dyscyplinę — „naukę o myśleniu“.
W ciągu trzech lat dokonano niebagatelnych postępów, czego przykładem może być Net-Talk — sieć neuronowa, która nauczyła się sama w ciągu 8 dni czytać słownik angielski zawierający 20000 słów. Teraz potrafi przeczytać na głos dowolny tekst, stosując intonację wynikającą z interpunkcji i oddzielając wyraźnie słowa.
W najbliższych miesiącach na rynku USA pojawią się małe zastawy, potrafiące odczytywać napisane ręcznie czeki, a nawet dłuższe informacje. A wszystko to na mikrokomputerach kompatybilnych z IBM czy Apple.
Najbardziej zainteresowaną jest oczywiście armia. Radar potrafiący odróżnić samoloty własne od wrogich i neutralnych mógłby zaoszczędzić wiele istnień ludzkich, unikając tragicznych pomyłek.
Każdy z nas ma w głowie ok. 100 miliardów neuronów. Jeden neuron ma przeciętnie ok. 1000 połączeń, co daje razem 100000 miliardów połączeń. Z faktu, iż człowiek jest około dziesięć tysięcy razy wolniejszy od komputera wynika, że aby naśladować mózg ludzki komputer powinien posiadać 10 miliardów połączeń. Dziś maszyny posiadają do 20000 połączeń, a za dziesięć lat dzięki dalszej miniaturyzacji, być może uda się osiągnąć 2 miliony. Na razie nie ma jednak nawet pomysłów, jak osiągnąć więcej. Ale na razie nikogo to nie martwi. Użyteczne będą maszyny o inteligencji dużo niższej niż ludzka. Specjaliści twierdzą, że do kierowania polem bitwy wystarczyłby im móżdżek pszczoły.
Klasyczny komputer składa się z dwóch zasadniczych części: jednostki obliczeniowej, która dodaje, odejmuje i selekcjonuje dane oraz pamięci zawierającej programy i dane. W mózgu biologicznym nie udało się do tej pory wyodrębnić pamięci ani nawet poznać jej istoty. Wiadomo tylko, że biologicznym ekwiwalentem jednostki centralnej komputera, jego programów i zbioru danych, jest system nerwowy.
Wydawałoby się, iż ta wiedza nie daje wielu wskazówek co do sposobu budowy maszyn. Jednak jest inaczej. Komputery nielinearne budowane są z utworzonych na podstawie tranzystorów komórek, z których każda jest połączona z dwoma innymi komórkami. Każda z nich posiada własną pamięć. Całość tworzy sieć, po której wędrują impulsy odbierane z zewnątrz.
Jej działanie można wyobrazić sobie na podstawie funkcjonowania bilardu elektrycznego. Kule symbolizują impulsy elektryczne; przeszkody — neurony; licznik — pamięć. W zależności od tego, na jaką przeszkodę trafi wypuszczona kula, licznik zapisuje odpowiednią ilość punktów. Niestety, rzeczywistość jest bardziej skomplikowana. Impulsy przychodzące z zewnątrz mają różną wartość w zależności od tego, jaką informację przenoszą, poza tym wchodzi ich do sieci wiele na raz. W bilardzie ilość przeszkód nie przekracza kilkunastu. W najbardziej zaawansowanych konstrukcyjnie sieciach liczba neuronów osiąga tysiąc, a ponieważ każdy może być połączony z każdym, to otrzymujemy milion możliwości. Rozrysowanie schematu połączeń stanowi o ilości i rodzaju połączeń niezbędnych dla nadania sieci sensu i umożliwiających jej funkcjonowanie.
Na tym właśnie polega następna różnica między komputerem klasycznym a neuronalnym. Tego drugiego nie da się zaprogramować przekazując mu instrukcję działań krok po kroku. Wróćmy do przykładu z bilardem elektrycznym, który tym razem będzie przedstawiał sieć neuronową. Załóżmy, że naszym celem jest osiągnięcie pewnej sumy punktów, która zapewnia dodatkową darmową partię. Wypuszczamy jedną, drugą, dziesiątą kulę. Jeśli sieć jest dobrze zaprojektowana, to z początku komputer będzie się mylił, ale po pewnym czasie nauczy się tak dobierać kolejność i siłę uderzeń, żeby uzyskiwać oczekiwany rezultat.
Dla postronnego obserwatora zdumiewający może wydać się fakt, iż programiści sami nie wiedzą, w jaki sposób komputer się uczy. Powstaje natomiast nowa specjalizacja nauczycieli sieci neuronowych, którzy muszą się posługiwać w równej mierze wiedzą i intuicją. Zauważono na przykład, iż dla komputera nie jest obojętne, w jakiej kolejności podaje mu się przykłady. Po krótkim zastanowieniu nie jest to takie trudne do zrozumienia. Na mieszkańcu Krakowa gdańska starówka nie wywrze większego wrażenia. Natomiast mieszkaniec białostockiej wioski, który nigdy nie opuszczał województwa, będzie nią zachwycony. Ten proces nie poddaje się na razie żadnej kwantyfikacji, choć jest intuicyjnie zrozumiały.
A trudności właściwie dopiero się zaczynają. Wystarczy powiedzieć, że z badań nad neuronami biologicznymi wynika, iż o ile niektóre sygnały elektryczne są normalnie przekazywane między neuronami, to inne rozchodzą się w sposób przypadkowy, zamieniając się niekiedy na substancje chemiczne — nośniki informacji. Niektórzy naukowcy zastanawiają się, czy komórki nie grają w kości, próbując różnych sposobów, zanim znajdą dobry.
Pytań pozostaje więc bardzo wiele. Tym niemniej prace wdrożeniowe idą pełną parą i za 5 — 10 lat możemy się spodziewać pojawienia na rynku komputerów wielkości książki, z którymi komunikacja będzie możliwa za pomocą pisma odręcznego, nawet bez znajomości podstaw informatyki. Spora część ich umiejętności będzie polegała na poznaniu potrzeb właściciela i nauce ich zaspokajania. Co do daty dostarczenia wojskowym mózgu pszczoły — źródła milczą.
Opr.
M.R.