Lehet-e emberi agyat építeni tranzisztorokból ?

Nemrég olvastam a Human Brain Project-ről, melynek célja nem kevesebb, mint hogy egy teljes emberi agyat szimuláljanak számítógépek segítségével. Ennek kapcsán úgy gondoltam, leírom saját gondolataimat a témában. Az agykutatás és a mesterséges intelligencia rendkívül szerteágazó tudományterületek. Az ezzel kapcsolatos tudásanyag több száz könyvet is kitesz, mégis úgy gondolom, hogy a lényeget talán össze lehet foglalni egy ilyen blogbejegyzésben is.

De egyáltalán miért akarunk mi agyat szimulálni, mi értelme mindennek? Habár sok száz indokot fel lehetne sorolni, én mégis úgy gondolom, hogy egy ilyen kísérlet legfontosabb eredménye a dolog filozófiai vonatkozása. Ha ugyanis bebizonyosodik, hogy az agy tökéletesen szimulálható számítógéppel, az egyben azt is jelenti, hogy az agy maga is pusztán organikus számítógép. Ha pedig így van, akkor nincs szükség semmiféle misztikus “tudatra”, vagy “lélekre” a működéséhez. A fizikai testen túli “lélek” alapvető építőköve minden vallásnak, így ha ezt a követ kirántjuk, úgy alapjaiban dől össze minden erre építő világnézet. Ha figyelmesen körbenézünk a világban, azt találjuk, hogy a vallás alapvető fontosságú a világ történéseinek alakulásában. A társadalmi berendezkedés, az erkölcsi normák, a háborúk nagy része, és még nagyon sok minden a vallásból indul ki. Sokszor észrevétlenül ugyan, de az életünk és történelmünk részét képezi akár hisz valamiben az ember, akár nem. Ha azonban bebizonyosodik, hogy az ember “csupán gép”, úgy az egész értelmét veszti. Habár a természettudományos álláspont már régóta az, hogy az emberi agy valójában csak organikus számítógép, valójában ez a meccs még koránt sincs lejátszva. Jelenleg nincs elég tudásunk ahhoz, hogy minden kétséget kizáró módon cáfoljuk a vallások által képviselt világnézetet. Ez tehát az egyik dolog, amire választ adhat egy ilyen kutatás. Elképzelhető, hogy a kutatás pont arra fog rámutatni, hogy az emberi agy nem modellezhető számítógéppel, ami akár érv is lehet a fizikain túli tudat létezése mellet, de legalábbis fenntartja annak lehetőségét. Ilyen eset például, ha azt találjuk, hogy az agy bármilyen módon történő másolása olyannyira megváltoztatja annak állapotát, hogy a másolat működésképtelenné válik. Igazából ez a jelenség nem ismeretlen a természettudományokban. A kvantumfizikában például van egy olyan törvény (a határozatlansági reláció), mely kimondja, hogy bizonyos pontossággal nem mérhetünk meg bizonyos mennyiségeket. A természet törvényei olyanok, hogy bármilyen kísérletet is eszeljünk ki, a mérés során meg fog változni a mérendő mennyiség, így képtelenek leszünk a pontos mérésre. Éppen ezért nem is lehet pontosan lemásolni egy részecske kvantumállapotát. Talán az agy működésében is van egy ilyen tényező, talán éppen kvantummechanikai effektusok (ennek az iránynak egyik nagy szószólója Roger Penrose), amik megakadályozzák a másolást. A másolhatatlanság és szimulálhatatlanság persze még egyáltalán nem utal egyértelműen valamifajta lélek létezésére, de előfeltétele annak. Az is lehet, hogy tökéletesen képesek leszünk másolni a struktúrát, leképezzük a neuronok vélt működését, és végül az egész konstrukció nem csinál majd semmit, mivel hiányzik majd belőle ez a titokzatos “lélek”. Egyelőre semmi nem utal arra, hogy így lenne, de nem vethetjük el ennek a lehetőségét, amíg meg nem bizonyosodtunk az ellenkezőjéről.

A végeredmény szempontjából a legrosszabb eset az, ha a kísérlet folyamán újabb mechanizmusokra derül fény, és arra jövünk rá, hogy az agy modellezése sokkal komolyabb probléma, mint gondoltuk, így jó pár évbe beletelik, míg képesek leszünk rá. Tehát igazából nem kapunk választ a kérdésünkre. Ez is benne van a pakliban, ráadásul szerintem egy elég esélyes lehetőség.

A harmadik, és egyben legérdekesebb lehetőség, hogy sikerül a szimuláció, és bebizonyosodik, hogy az agy számítógép. Ha képesek vagyunk egy ilyen számítógép építésére, az rengeteg lehetőséget rejt magában. Ezáltal jobban megérthetjük az agy működését, vagy kísérleteket végezhetünk a szimuláción. Paradox módon az így szimulált agy pont arra nem alkalmas, amire elsőre gondolnánk, ez pedig a “klasszikus értelemben vett” mesterséges intelligencia létrahozása. Egy ilyen szimulált agy ugyanis minden szempontból úgy működik, mint eredeti megfelelője. Tehát ugyanolyan hibái, késztetései, érzései lesznek, mint a mintául szolgáló embernek. Egyáltalán nem fog gépiesebben, vagy racionálisabban gondolkodni. Egy ilyen mesterséges aggyal felszerelt háztartási robot például egyáltalán nem biztos, hogy feltétel nélkül kiszolgál. Jogokat követel majd magának, mint ahogy egy ember is tenné. Igazából egy így létrehozott mesterséges lény inkább tekinthető embernek, mint robotnak. Talán ha megértjük a rendszer működését, ki tudjuk iktatni az érzelmeket, emberi késztetéseket egy ilyen robotból és ideális szolgákká tehetjük őket. De akárhogy is legyen, nem mehetünk el szó nélkül néhány nagyon fontos kérdés mellett. Egy tökéletesen másolt (nem manipulált) mesterséges aggyal rendelkező gépet megilletnek az emberi jogok? Esetleg egy ilyen aggyal felszerelt robotot is embernek kellene tekintenünk? Ha igen, akkor egyáltalán van jogunk az ő elméjét bármilyen módon manipulálni? Első hallásra furcsának tűnik a kérdés, hogy embernek kell-e tekintenünk egy robotot. Egyesek számára talán egyenesen felháborító maga a kérdésfelvetés is, hogy egy tranzisztorokból összetákolt gép vele egyenrangú partner lenne. Pedig ez egy nagyon is reális probléma. Képzeljük el, hogy képesek vagyunk ilyen szimulált agy létrehozására, így létre tudunk hozni olyan chipeket, amik átveszik pár neuron munkáját. Tegyük fel, hogy implantátumot készítünk ilyen chipekből, mondjuk agyvérzésen átesett emberek számára, akiknek agyában elhalt részek találhatóak. Egyszerűen kivágjuk az elhalt részeket és ilyen neurális chipekkel helyettesítjük, amik átveszik az adott rész feladatait, így teljes életet élhetnek. Tegyük fel, hogy egy ilyen ember agyának bizonyos része elhal, amit ilyen chipekkel pótlunk. Így agya tökéletesen működik, és gondolom senki nem tekintené őt robotnak. Idővel újabb agyvérzésben az agyának újabb része pusztul el, amit újabb chipekkel pótolunk. Ez így megy tovább mindaddig, míg végül a teljes agya kizárólag neurális chipekből áll. Melyik ponton vált ő robottá? Úgy gondolom, hogy a leglogikusabb válasz az, hogy mindig is ember maradt, így megilletik őt az embereknek járó jogok. Nagyon fontos erkölcsi dilemmák ezek, amiket meg kell majd oldanunk, ha képesek leszünk az agyat szimulálni.

Az agy chipekre való lecserélése rengeteg új lehetőséget rejt magában. Gondoljunk csak bele, az ilyen chipek nem öregednek, hiba esetén cserélhetőek, így egy ilyen mesterséges aggyal egy mesterséges testben akár örökké élhetünk. Sőt, ha agyunk csak szimuláció, akkor akár a robot testet is elhagyhatjuk, és generálhatunk magunknak saját szimulált világot. A szimulált valóságról már írtam egy viszonylag részletes bejegyzést. Itt megpróbáltam kiemelni azt, hogy milyen előnyei lennének egy ilyen rendszernek. Az én modellem szűk keresztmetszete az emberi agy volt. Vajon hogyan tudjuk majd összekötni a géppel, miként lehetne megoldani, hogy a valóságot fenntartó gép belelásson az emlékeinkbe? Egy szimulált agy esetén ezek a problémák egyszerűen megoldódnak, hisz a valósággal együtt a gép szimulálja az agyat is. A szimulált valóságról szóló írásomban felvetettem azt is, hogy nem-e lehetséges az, hogy jelenleg is egy ilyen szimulált világban élünk. Ott azt írtam, hogy erről az agy vizsgálatával bizonyosodhatunk meg, hiszen ha mindenkinek létezik valahol a “világon kívül” egy valódi teste, akkor a világon belül nem tudjuk megjósolni, hogy az adott személy adott helyzetben hogy viselkedne. Ha azonban a személy maga is szimulált, akkor már ez a módszer sem működik. Tehát egy ilyen teljesen szimulált világban semmilyen lehetőségünk nincs arra, hogy rájöjjünk, csak szimulációba élünk. Az ilyen szimulált életnek rengeteg előnye lenne az örök életen és a végtelen lehetőségeken (a virtuális valóságban bármi lehetséges) túl is. Képzeljük el, hogy halálunk pillanatában csinálunk egy másolatot agyunk tartalmáról. Ez a másolat (aki valójában mi vagyunk) tovább élhet egy virtuális világban, de akár fel is pakolhatjuk egy űrhajóra, ami évezredekig sodródik az űrben, míg talál magának egy bolygót (vagy akár csak egy helyet az űrben), ahol van elég csillagfény a működéséhez. Ekkor beindítja a szimulációt, és mi éljük életünket, mint ha mi sem történt volna. Így akár túlélhetjük bolygónk pusztulását is úgy, hogy az egészből  tulajdonképpen semmit nem veszünk észre. Mivel kikapcsolt állapotban nem telik számunkra az idő, a mi szemszögünkből csak egy pillanat telik el, miközben a minket szállító eszköz évmilliókig halad az űrben. A biztonság kedvéért akár több példányban is szétküldhetjük magunkat a világba, így nagyobb az esély, hogy valamilyen formában túléljük az utazást. E mellett gépi agyunkat már nem kötik a biológiai korlátok. Továbbfejleszthetjük azt, illetve érvényes lesz rá Moore törvénye. Ahogyan a technológia fejlődik, úgy gondolkodásunk is egyre gyorsabbá válik. Moore törvénye alapján kb. 1-1,5 évente 2x gyorsabbá válna agyunk működése. Így kb. 10 év alatt 1000x-esre gyorsulna gondolkodásunk. Csakhogy így 1 év alatt 1000 évnyit fejlődhetne az emberi technológia, ami talán Moore törvényére is visszahatna. Akárhogy is, ha sikerül elérni ezt a szintet, onnan valami hihetetlen sebességgel fog továbbfejlődni az emberiség. Ezt a pontot hívja Ray Kurzweil szingularitásnak, és erről szól nagy sikerű könyve, a Szingularitás Küszöbén. Kurzweil szerint egyébként 2030-2045 környékén sikerül elérni ezt az emberiségnek. Örök élet, a tér, az idő, a fény sebességéből adódó korlátok legyőzése, paradicsomi élet egy virtuális világban, ami csak a vágyainkat lesi, megoldás minden problémánkra. Ilyen lehetőségeket rejt magában hosszú távon az agy tökéletes szimulációja …

A bejegyzés további részében arról írnék, hogy miből gondoljuk, hogy az agy szimulálható ilyen módon, és hogy hogyan lehet rendkívül egyszerű áramkörökből olyan bonyolult rendszert felépíteni, mint az emberi agy. Ehhez viszont először próbáljuk pontosan megfogalmazni, hogy mit is szeretnénk. Tekintsük az emberi agyat egy fekete doboznak, aminek bemenetei, kimenetei és állapota van. A bemeneteket a külvilágból vagy testünkből származó ingerek képzik. Amit látunk, hallunk, tapintunk, stb. mind mind az agy bemenetét képezi. Ezeket az információkat agyunk feldolgozza, majd ennek alapján irányítja testünket. A testnek szóló parancsok képezik tehát az agy kimenetét. Agyunk állapotát a benne tárolt emlékek, ösztönök, egyszóval minden tudatos és tudat alatti ismeretünk képezi. Ez tehát az agy absztrakt modellje. Amennyiben tehát a célunk az agy, vagy az agy egy részének modellezése, létre kell hoznunk egy hasonló fekete dobozt ami ugyanazokra a bemenetekre ugyanazokat a kimeneteket szolgáltatja. Ha ez a másik fekete doboz pont ugyanúgy viselkedik, mint az eredeti, akkor attól teljesen megkülönböztethetetlen lesz. Ha valakinek mondjuk eltávolítanánk az agyát, és egy ilyen dobozra cserélnénk, a külső szemlélő semmilyen módon nem tudná eldönteni, hogy az adott személyen operációt hajtottak végre. Elméletileg a személy maga sem venné észre, hogy agya nem az eredeti agy, hanem egy tranzisztorokból összeszerkesztett számítógép. A kérdés tehát az, hogy lehet-e ilyen másolatot készíteni. Habár a hogyanra elég nehéz lenne választ adni (ha tudnánk, már elkészítettük volna a mesterséges agyat), arra válaszolhatunk, hogy elméletben lehetséges-e a dolog. Annyi csak a kérdés, hogy az agy működése determinisztikus-e, és bemeneteinek, kimeneteinek és állapotainak száma véges-e. De mit jelent az, hogy az agy determinisztikus? Ez azt jelenti, hogy adott bemenetre adott állapot esetén minden esetben ugyanazt a kimenetet adja. Amennyiben az agy ilyen, és bemeneteinek, kimeneteinek és állapotainak száma véges, úgy felírhatunk egy nagy táblázatot, ami a bemeneteket és az állapotokat rendeli össze az adott kimenetekkel. Ez a táblázat lehet, hogy hatalmas lenne, az is lehet, hogy ha A4-es papírokra írnánk fel, az beterítené az egész Földet, de a lényeg, hogy véges számú papír elég lenne ahhoz, hogy felírjuk az összes variációt. Ezt a táblázatot egy számítógépbe táplálva aztán elő is állna a hőn áhított fekete doboz. Az ilyen rendszereket egyébként a matematikában véges állapotú automatának, a digitális technikában sorrendi hálózatnak hívjuk. Persze egy ilyen táblázat gépbe táplálása nem a leghatékonyabb módja az agy szimulálásának. Létrehozhatunk algoritmusokat, melyek az adott bemenet és az állapot függvényében kiszámolják a kimenetet. Ha akarunk készíteni egy gépet, ami 1-10-ig képes összeszorozni a számokat, akkor sem egy táblázatot rögzítünk, ami 1-10-ig tartalmazza az összes szám szorzatát, hanem egyszerűen írunk egy programot, ami összeszorozza a két számot. Ez értelemszerűen sokkal tömörebb megoldását adja a problémának. A gond az, hogy annyira még nem sikerült megismernünk az agyat, hogy ilyen algoritmust írjunk, de esetünkben ez annyira nem is lényeges, hiszen mi most csak arra vagyunk kíváncsiak, hogy elméletben egy emberi agyat fel lehetne-e építeni pusztán tranzisztorokból. Visszatérve tehát az eredeti problémához, ha az agyhoz készíthető ilyen táblázat, ami a bemenetek és állapotok fényében megmondja hogy mi lesz a kimenet, akkor készíthető olyan számítógép, ami annak működését teljes mértékben szimulálja. A kérdés tehát már csak az, hogy az agy véges állapotú és determinisztikus-e?

Kezdjük akkor a véges állapottal. Mivel az agy véges számú agysejtből, véges számú részecskéből áll, ezért azok elrendezése is csak véges értéket vehet fel. Ráadásul ezek közül nagyon sok állapot egymással ekvivalens, tehát a kimenet szempontjából lényegtelen köztük a különbség. Tehát ha egy neuron (agysejt) X féle állapotot vehet fel, akkor lényegtelen, hogy pontosan hogy oszlanak el benne a részecskék. Akárhogy is, ha az agy fizikai objektum (nincs szerepe a működésében semmiféle misztikus tudatnak), akkor állapotainak száma véges. Mi a helyzet a másik kitétellel, a determinizmussal? Az ismert fizikai törvények mind determinisztikusak. Ezt jól tudhatjuk az általános iskolai fizikaórákról, ahol egy adott feladatnak csak egy helyes megoldása lehetett. Ezért tudjuk kiszámolni az eldobott kő röppályáját, vagy a víz felhajtóerejét, stb. mert adott paraméterek esetén a fizikai képletek adott eredményt adnak. Tehát a bemenetek egyértelműen meghatározzák a kimenetet. Valójában egy kivétel azért van ez alól, ez pedig a kvantummechanika. A kvantummechanikai jelenségek esetén nem tudjuk pontosan mi lesz az eredmény, csak valószínűségeket ismerünk. Kérdés viszont, hogy a kvantummechanika mennyire befolyásolja az agy működését? Az elemi részecskék közti kölcsönhatásokat a kvantummechanika szabályozza ugyan, de nagyobb léptékben ezek a hatások kiegyenlítődnek. Gondoljunk például egy mikroprocesszorra, amiben a tranzisztorokat elemi szinten a kvantummechanika működteti, mégis teljesen kiszámítható a működésük, mert a kicsiny tranzisztorok mérete már túl nagy ahhoz, hogy ezt számottevően megzavarja a kvantummechanika. Agyunk neuronjai pedig óriásiak a mai processzorok kis tranzisztorjaihoz képest, tehát működésükben jó eséllyel nem kap szerepet a kvantummechanika. Erről persze kicsit másképp vélekedik a bevezetőben is említett Roger Penrose, akinek elmélete szerint az agyban lévő mikrotubulusok kvantummechanikai számításokat végeznek, ami lényeges az agy működése szempontjából. Az elmélet szerint tehát agyunk egyfajta kvantumszámítógép. Azonban ha így is van, az még nem jelenti egyértelműen azt, hogy nem másolható. Amennyire jelenleg ismerjük kvantummechanika szabályait, az alapján azt kellene mondanunk, hogy ebben az esetben vagy sokkal nagyobb teljesítményű hagyományos számítógép szükséges a másoláshoz, mivel szimulálnunk kell a kvantummechanikai folyamatokat, vagy kvantumszámítógépre lenne szükségünk. Persze itt azért már sok kérdés felmerül. A kvantumszámítástechnika még gyermekcipőben jár, és egyáltalán nem triviális, hogy tudunk-e, és hogyan tudunk majd megfelelő teljesítményű kvantumszámítógépet készíteni. Illetve itt már el tudok képzelni olyan felépítést, ahol a rendszer működésének egy jelentős hányadát valamilyen számunkra megfigyelhetetlen mechanizmus szabályozza. Tehát ez a verzió sem egyértelműen bizonyítja egy esetleges anyagon túli tudat létezését, de némi lehetőséget ad rá. Mindazonáltal egyelőre úgy néz ki, nincsenek ilyen kvantumfolyamatok hatással az agy működésére. Az eddig vizsgált agyterületek esetén legalábbis nem találtak még erre utaló jelet. Ha tehát a jövőben is úgy találjuk, hogy az agy működésében nem játszanak jelentős szerepet kvantumfolyamatok, és nem találunk rá új fizikai mechanizmusokra, akkor elméletben felírható egy előbbiekben említett táblázat, és az agyhoz szerkeszthető egy olyan számítógép, ami vele megegyező módon működik. Ez esetben csak idő kérdése, hogy mikor sikerül mindezt megvalósítani. Ahogyan a bevezetőben írtam, ha ez sikerül, az elhozhatja az emberiség számára a tökéletes kánaánt.

Akárhogy is legyen, ha egyértelmű választ kapunk a címben feltett kérdésre, az minden idők legnagyobb tudományos felfedezése lesz, nagyobb mint bármilyen más felfedezés az emberiség történelmében. Úgy gondolom, hogy az agy teljes megértése minden tudományok szent grálja, hiszen ahogyan a bevezetőben említettem, nem csak az önmagunk feletti teljes hatalmat jelenti, de kulcs ahhoz, hogy új, tökéletesebb valóságot teremtsünk, ami eddig kizárólag Isten kiváltsága volt.

2 Responses to “Lehet-e emberi agyat építeni tranzisztorokból ?”

  1. Ray Kurzweil: A szingularitás küszöbén | Gondolatok (Fazekas László blogja)Gondolatok (Fazekas László blogja)

    […] számítógépbe, és ott szimuláljuk tovább. Ezt a lehetőséget fejtegeti egy régebbi ‘Lehet-e emberi agyat építeni tranzisztorokból ?‘ c. bejegyzésem. A mesterséges intelligencia kapcsán viszont felmerül egy igen érdekes […]

    Válasz
  2. Digitális technikáról mindenkinek - Gondolatok (Fazekas László blogja)Gondolatok (Fazekas László blogja)

    […] ezen technológia segítségével hozhatunk létre emberi szintű mesterséges intelligenciát (http://lf.estontorise.hu/archives/374), vagy akár új valóságot építhetünk általa (http://lf.estontorise.hu/archives/305). Ha úgy […]

    Válasz

Hozzászólás írása