Is je brein een computer?

We vroegen experts naar hun beste argumenten in het al lang bestaande debat over de vraag of hersenen en computers informatie op dezelfde manier verwerken.

Getty

door

• Dan Falk archiefpagina

25 augustus 2021

Het is een analogie die teruggaat tot het begin van het computertijdperk: sinds we ontdekten dat machines problemen konden oplossen door symbolen te manipuleren, vroegen we ons af of de hersenen op een vergelijkbare manier zouden kunnen werken. Alan Turing vroeg bijvoorbeeld wat er voor nodig was om een machine om te denken ; schrijven in 1950, voorspelde hij dat tegen het jaar 2000 men zal kunnen spreken van machines denken zonder te verwachten tegengesproken te worden. Als machines konden denken als menselijke hersenen, was het niet meer dan normaal om ons af te vragen of hersenen als machines zouden werken. Natuurlijk zou niemand het kleverige materiaal in je hersenen verwarren met de CPU in je laptop, maar afgezien van de oppervlakkige verschillen, zo werd gesuggereerd, zouden er belangrijke overeenkomsten kunnen zijn.

Nu, al die jaren later, zijn de experts verdeeld. Hoewel iedereen het erover eens is dat onze biologische hersenen creëren onze bewuste geest , zijn ze verdeeld over de vraag welke rol eventueel wordt gespeeld door informatieverwerking - de cruciale overeenkomst die hersenen en computers zouden delen.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van september 2021

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Hoewel het debat misschien een beetje academisch klinkt, heeft het in feite implicaties voor de echte wereld: de inspanning om machines te bouwen met menselijke intelligentie hangt ten minste gedeeltelijk af van het begrijpen hoe onze eigen hersenen eigenlijk werken, en hoe vergelijkbaar - of niet - ze zijn voor machines. Als zou kunnen worden aangetoond dat hersenen op een manier werken die radicaal anders is dan die van een computer, zou dit veel traditionele benaderingen van AI in twijfel trekken.

De vraag kan ook ons ​​gevoel van wie we zijn vormgeven. Zolang hersenen, en de geest die ze mogelijk maken, als uniek worden beschouwd, zou de mensheid zich inderdaad als heel bijzonder kunnen voorstellen. Als we onze hersenen zien als niets meer dan geavanceerde computermachines, zou die bubbel kunnen barsten.

We vroegen de experts om ons te vertellen waarom zij denken dat we de hersenen wel of niet zouden moeten zien als een computer.

TEGEN: Het brein kan geen computer zijn omdat het biologisch is.

Iedereen is het erover eens dat het eigenlijke materiaal in een brein - dat in de loop van miljarden jaren door evolutie is ontworpen - heel anders is dan wat ingenieurs bij IBM en Google in je laptop of smartphone stoppen. Om te beginnen zijn hersenen analoog. De miljarden neuronen van de hersenen gedragen zich heel anders dan de digitale schakelaars en logische poorten in een digitale computer. We weten al sinds de jaren twintig dat neuronen niet zomaar aan en uit gaan, zegt bioloog Matthew Cobb van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk. Naarmate de stimulus toeneemt, neemt het signaal toe, zegt hij. De manier waarop een neuron zich gedraagt ​​wanneer het wordt gestimuleerd, verschilt van elke computer die we ooit hebben gebouwd.

Blake Richards, een neurowetenschapper en computerwetenschapper aan de McGill University in Montreal, is het ermee eens: hersenen verwerken alles parallel, in continue tijd in plaats van in discrete intervallen, zegt hij. Daarentegen gebruiken de huidige digitale computers een zeer specifiek ontwerp dat is gebaseerd op het origineel door Neumann architectuur . Ze werken grotendeels door stap voor stap een lijst met instructies te doorlopen die zijn gecodeerd in een geheugenbank, terwijl ze toegang krijgen tot informatie die is opgeslagen in afzonderlijke geheugenslots.

Niets van dat alles lijkt op wat er in je hersenen gebeurt, zegt Richards. (En toch blijven de hersenen ons verrassen: de afgelopen jaren hebben sommige neurowetenschappers) betoogd dat zelfs individuele neuronen bepaalde soorten berekeningen kunnen uitvoeren, vergelijkbaar met wat computerwetenschappers een XOR of exclusieve of functie noemen.)

VOOR: Natuurlijk kan het! De eigenlijke structuur is naast het punt.

Maar misschien is wat hersenen en computers doen in wezen hetzelfde, ook al is de architectuur anders. Wat de hersenen lijken te doen, wordt heel treffend beschreven als informatieverwerking, zegt Megan Peters, een cognitief wetenschapper aan de Universiteit van Californië, Irvine. De hersenen nemen pieken [korte uitbarstingen van activiteit die ongeveer een tiende van een seconde duren] en geluidsgolven en fotonen en zetten deze om in neurale activiteit - en die neurale activiteit vertegenwoordigt informatie.

Richards, die het met Cobb eens is dat hersenen heel anders werken dan de huidige digitale computers, gelooft niettemin dat de hersenen is , in feite, een computer. Een computer, volgens het gebruik van het woord in de informatica, is gewoon elk apparaat dat in staat is om veel verschillende berekenbare functies te implementeren, zegt Richards. Volgens die definitie zijn de hersenen niet zomaar een computer. Het is letterlijk een computer.

Michael Graziano, een neurowetenschapper aan de Princeton University, herhaalt dat sentiment. Er is een breder concept van wat een computer is, als een ding dat informatie opneemt en manipuleert en op basis daarvan output kiest. En een 'computer' in deze meer algemene opvatting is wat de hersenen zijn; dat is wat het doet.

Maar Anthony Chemero, een cognitief wetenschapper en filosoof aan de Universiteit van Cincinnati, maakt bezwaar. Wat lijkt te zijn gebeurd, is dat we in de loop van de tijd het idee van 'berekenen' hebben afgezwakt, zodat het niets meer betekent, zegt hij. Ja, je hersenen doen dingen, en het helpt je dingen te weten, maar dat is niet echt meer rekenen.

VOOR: Traditionele computers zijn misschien niet hersenachtig, maar kunstmatige neurale netwerken zijn dat wel.

Alle grootste doorbraken in kunstmatige intelligentie van vandaag hebben te maken gehad met kunstmatige neurale netwerken , die lagen van wiskundige verwerking gebruiken om de informatie die ze krijgen te beoordelen. Aan de verbindingen tussen de lagen worden gewichten toegekend (ruwweg een getal dat overeenkomt met het belang van elke verbinding ten opzichte van de andere - bedenk hoe een professor een eindcijfer zou kunnen berekenen op basis van een reeks quizresultaten, maar een groter gewicht toekent aan de eindtoets). Die gewichten worden aangepast naarmate het netwerk wordt blootgesteld aan meer en meer gegevens, totdat de laatste laag een output produceert. De afgelopen jaren zijn neurale netwerken in staat geweest gezichten te herkennen, talen vertalen , en zelfs nabootsen door mensen geschreven tekst op een griezelige manier.

Verwant verhaal

AI-pionier Geoff Hinton: Deep learning gaat alles kunnen Dertig jaar geleden was Hintons geloof in neurale netwerken tegendraads. Nu is het moeilijk om iemand te vinden die het er niet mee eens is, zegt hij.

Een kunstmatig neuraal netwerk is eigenlijk gewoon een model op algoritmisch niveau van een brein, zegt Richards. Het is een manier om de hersenen te modelleren zonder te verwijzen naar de specifieke biologische details van hoe de hersenen werken. Richards wijst erop dat dit het expliciete doel was van pioniers op het gebied van neurale netwerken, zoals Frank Rosenblatt, David Rumelhart en Geoffrey Hinton : Ze waren specifiek geïnteresseerd in het proberen te begrijpen van de algoritmen die de hersenen gebruiken om de functies te implementeren die hersenen met succes berekenen.

Wetenschappers hebben onlangs neurale netwerken ontwikkeld waarvan de werking is: waarvan gezegd wordt dat het meer lijkt op die van echte menselijke hersenen . Een dergelijke benadering, voorspellende codering, is gebaseerd op het uitgangspunt dat de hersenen constant proberen te voorspellen welke sensorische input het vervolgens gaat ontvangen; het idee is dat het op deze manier bijhouden van de buitenwereld de overlevingskansen vergroot - iets waar natuurlijke selectie de voorkeur aan zou hebben gegeven. Het is een idee dat resoneert met Graziano. Het doel van het hebben van een brein is beweging - fysiek kunnen communiceren met de buitenwereld, zegt hij. Dat is wat de hersenen doen; dat is de kern van waarom je een brein hebt. Het is om voorspellingen te doen.

TEGEN: Zelfs als hersenen werken als neurale netwerken, zijn het nog steeds geen informatieverwerkers.

Niet iedereen denkt dat neurale netwerken het idee ondersteunen dat onze hersenen als computers zijn. Een probleem is dat ze zijn ondoorgrondelijk : wanneer een neuraal netwerk een probleem oplost, is het misschien helemaal niet duidelijk hoe het loste het probleem op, waardoor het moeilijker werd om te beweren dat zijn methode op de een of andere manier hersenachtig was. De kunstmatige neurale netwerken waar mensen zoals Hinton nu aan werken, zijn zo ingewikkeld dat zelfs als je ze probeert te analyseren om erachter te komen welke delen informatie opsloegen over wat, en wat telt als de manipulatie van die informatie, je niet van plan bent om in staat zijn om dat eruit te halen, zegt Chemero. Hoe ingewikkelder ze worden, hoe onhandelbaarder ze worden.

Maar verdedigers van de brain-as-computer-analogie zeggen dat dat er niet toe doet. Je kunt niet naar de . wijzen een s en 0 s, zegt Graziano. Het wordt gedistribueerd in een connectiviteitspatroon dat is geleerd tussen al die kunstmatige neuronen, dus het is moeilijk om te 'praten' over wat de informatie precies is, waar het is opgeslagen en hoe het is gecodeerd, maar je weet dat het er is.

VOOR: De hersenen moet zijn een computer; het alternatief is magie.

Als je vasthoudt aan het idee dat het fysieke brein de geest creëert, dan is berekening het enige haalbare pad, zegt Richards. Berekenen betekent gewoon natuurkunde, zegt hij. De enige andere optie is dat je een soort magische 'ziel' of 'geest' of iets dergelijks voorstelt ... Er zijn letterlijk maar twee opties: of je gebruikt een algoritme of je gebruikt magie.

TEGEN: De brein-als-computer-metafoor kan niet verklaren hoe we betekenis ontlenen.

Hoe geavanceerd een neuraal netwerk ook is, de informatie die er doorheen stroomt, doet dat eigenlijk niet gemeen alles, zegt Romain Brette, een theoretisch neurowetenschapper aan het Vision Institute in Parijs. Een gezichtsherkenningsprogramma kan bijvoorbeeld een bepaald gezicht koppelen als het mijne of het jouwe, maar uiteindelijk houdt het alleen de correlaties tussen twee reeksen getallen bij. Je hebt nog steeds iemand nodig om het te begrijpen, om na te denken, om waar te nemen, zegt hij.

Wat niet betekent dat de hersenen niet informatie verwerken - misschien wel. Berekening is waarschijnlijk erg belangrijk bij de verklaring van de geest, intelligentie en bewustzijn, zegt Lisa Miracchi, een filosoof aan de Universiteit van Pennsylvania. Toch benadrukt ze dat wat de hersenen doen en wat de geest doet niet noodzakelijk hetzelfde zijn. En zelfs als de hersenen computerachtig zijn, is de geest dat misschien niet: mentale processen zijn geen computationele processen, omdat ze inherent zinvol zijn, terwijl computationele processen dat niet zijn.

Dus waar laat dat ons? De vraag of het brein al dan niet op een computer lijkt, lijkt mede af te hangen van wat we onder computer verstaan. Maar zelfs als de experts het eens zouden kunnen worden over een definitie, lijkt het onwaarschijnlijk dat de vraag snel zal worden opgelost - misschien omdat het zo nauw verbonden is met netelige filosofische problemen, zoals het zogenaamde lichaam-geestprobleem en de puzzel van het bewustzijn. We discussiëren over de vraag of de hersenen als een computer zijn, omdat we willen weten hoe de geest is ontstaan; we willen begrijpen waardoor sommige arrangementen van materie, maar andere niet, niet alleen kunnen bestaan, maar ook kunnen ervaren.

Dan Falk is een wetenschapsjournalist gevestigd in Toronto. Zijn boeken omvatten: De wetenschap van Shakespeare en Op zoek naar tijd.