211service.com
Neurowetenschap kan niet verklaren hoe een Atari werkt
Als je tools die worden gebruikt om het menselijk brein te analyseren toepast op een computerchip die Donkey Kong speelt, kunnen ze dan onthullen hoe de hardware werkt?
Veel onderzoeksschema's, zoals het BRAIN-initiatief van de Amerikaanse regering, proberen enorme en gedetailleerde datasets te bouwen die beschrijven hoe cellen en neurale circuits worden geassembleerd. De hoop is dat het gebruik van algoritmen om de gegevens te analyseren wetenschappers zal helpen begrijpen hoe de hersenen werken.
Maar dat soort datasets bestaan nog niet. Dus vroegen Eric Jonas van de University of California, Berkeley, en Konrad Kording van het Rehabilitation Institute of Chicago en de Northwestern University zich af of ze hun analytische software konden gebruiken om uit te zoeken hoe een eenvoudiger systeem werkte.
Ze vestigden zich op de iconische MOS 6502-microchip, die werd gevonden in de Apple I, de Commodore 64 en het Atari-videogamesysteem. In tegenstelling tot de hersenen, is deze plak silicium door mensen gebouwd en volledig begrepen, tot aan de laatste transistor.
De onderzoekers wilden zien hoe nauwkeurig hun software zijn activiteit kon beschrijven. Hun idee: laat de chip verschillende games draaien - waaronder Donkey Kong, Space Invaders en Pitfall, die al door sommige AI's onder de knie zijn - en leg het gedrag van elke afzonderlijke transistor vast terwijl deze dat deed (ongeveer 1,5 GB per seconde aan gegevens creëren in het proces). Dan zouden ze hun analytische tools losdraaien op de gegevens om te zien of ze konden uitleggen hoe de microchip echt werkt.
Ze gebruikten bijvoorbeeld algoritmen die de structuur van de chip konden onderzoeken - in wezen het elektronische equivalent van een connectoom van de hersenen - om de functie van elk gebied vast te stellen. Hoewel de analyse zou kunnen bepalen dat verschillende transistors verschillende rollen speelden, schrijven de onderzoekers: in PLOS Computerbiologie, de resultaten komen nog steeds niet in de buurt van een begrip van de manier waarop de processor echt werkt.
Elders verwijderden Jonas en Kording een transistor van de microchip om erachter te komen wat er met de game was gebeurd - analoog aan zogenaamde laesiestudies waarbij gedrag wordt vergeleken voor en na het verwijderen van een deel van de hersenen. Hoewel het verwijderen van enkele transistors het spel stopte met draaien, kon de analyse niet verklaren waarom dat het geval was.
In deze en andere analyses leverden de benaderingen interessante resultaten op, maar niet genoeg details om met vertrouwen te beschrijven hoe de microchip werkte. Hoewel sommige resultaten interessante hints geven over wat er aan de hand zou kunnen zijn, legt Jonas uit, was de kloof tussen wat 'echt begrip' van de processor is en wat we met deze technieken kunnen ontdekken verrassend.
Het is vermeldenswaard dat chips en hersenen nogal verschillen: synapsen werken bijvoorbeeld anders dan logische poorten, en de hersenen maken geen onderscheid tussen software en hardware zoals een computer. Toch benadrukken de resultaten, volgens de onderzoekers, enkele overwegingen voor het vaststellen van hersenbegrip uit enorme, gedetailleerde datasets.
Ten eerste is het simpelweg verzamelen van een handvol hoogwaardige datasets van de hersenen misschien niet genoeg voor ons om neurale processen te begrijpen. Ten tweede, zonder veel gedetailleerde datasets om te analyseren, zouden neurowetenschappers zich ervan bewust moeten zijn dat hun tools resultaten kunnen opleveren die de functie van de hersenen niet volledig beschrijven.
Wat betreft de vraag of neurowetenschap kan verklaren hoe een Atari werkt? Op dit moment niet echt.
(Lees meer: Google's AI Masters Space Invaders (maar het stinkt nog steeds naar Pac-Man), regering zoekt high-fidelity 'brain-computer'-interface)