Intelligentsist Part II – …ehk kuidas me aju töötab?

by poolik

Proloog:

Tegemist on teise osaga intelligentsusest ja aju tööst rääkiva raamatu kokkuvõttest. Rõhutan veelkord, et soovitan pigem originaali lugeda ning et kogu järgnev jutt on sisuliselt teaduslikust hüpoteesist (küll kaunist, ent siiski pelgalt hüpoteesist).

Loe esimest osa

Selleks, et mõista, mis asi üleüldse on intelligents, oleks meil vaja teada, kuidas inimaju töötab. Nii uskumatuna kui see võib tunduda, siis tänase päevani puudub (puudus) arusaamine sellest ühest organist. Teadlastel on küll õnnestunud koguda üle mõistuse suures koguses andmeid, erinevate ajuosade tööst, ent puudub ühtne ning selgitav teooria, mis siis ikkagi on see, mis annab meile võime mõelda, arutleda ning teha kõiki muid imelisi asju?

Jeff Hawkins on oma elu jaganud kahe huvi vahel arvutid ja ajud. Esimese poole oma karjäärist uuris ta arvuteid, ent teise õppis aju tundma. Oma raamatus “On Intelligence” loob ta imekauni hüpoteesi aju(koore) töö kohta, mis muudab meid intelligentseteks.

Küsimusele, et miks pole juba varem loodud sellist ühest teooriat või seletust aju tööle on juba märksa raskem vastata. Esmalt on kindlasti üheks põhjuseks aju üsna keeruline ehitus ning tehnoloogilised puudujäägid uurimismeetoditest. Aju on isegi nii keerulise ehitusega, et mõned teadlased arvavad, et isegi kui meil õnnestuks aru saada, kuidas aju töötab, oleks meil võimatu seda ülesehitust tehislikult järgi teha, ent Hawkins tõi siinkohal geniaalseid paraleele minevikust, kui mehed vaatasid taevas lindude lendu ning mõtlesid, et inimesed küll kunagi ei lenda.

Esimesed katsed selleks olid ju üsna haledalt läbi kukkunud. Ent inimene ei õppinud lendama kleepides endale tiivad külge, vaid me leidsime endale palju sobivama, ent siiski sama “funktsionaalsusega” alternatiivi. Nii samuti, ei pruugi me matkida tervet aju ehitust, millest suur osa võib olla ka mõttetu geneetiline pärand, mida otseselt vaja ei lähe (on ju evolutsioon jumalanna juhuse juhtida ning vanad katsetused võivad alles jääda).

Sellepärast pööraski Hawkins oma uurimustöö tähelepanu ainult ühe, suure taskurätiku mõõtu ning 6 visiitkaardi paksusele ajuosale – ajukoorele. See on evolutsiooniliselt kõige hiljem ajule lisandunud ning paljuski meie intelligentsuse allikas. Hawkinsi sõnul paiknevad ajukoores kõik sinu mõtted, arvamused, loogika jne. Sisuliselt sinu ajukoor loeb praegu seda postitust.

Nii imelikuna kui see ei või tunduda oled “Sina” kõige otsemas ja laiemas mõttes sinu ajukoore neuronite (ja nende vaheliste ühenduste) hetkeseis. Hindavalt arvatakse, et ajukoores on umbes 30 miljardit neuronit ning igal neuronil umbkaudu tuhatkond dendriiti, mis kõik kokku teeb väga jämedalt 30 triljonit ühendust. Kõik sinu mälestused, unistused, loovus, loogika on seal “kirjas”. See fakt oli nii Hawkingi kui ka minu jaoks kõige hämmastavam. Sinu kõige salajasemad ja soojemad unistused, kauni päikseloojangu sillerdav peegeldus lainetel, kõige keerulisemad matemaatilised konstruktsioonid ning kõige rajumad roki soolod on KÕIK kuidagi selle kobrulise taskurätiku looming. Selle teooria kohaselt ei olegi me tegelikult mitte midagi muud, kui masinad, olgugi et bioloogilised, ent siiski masinad. Ajukoor on lihtsalt nii võrratu organ, mis lisas meile võime mõelda.

Ajukoor jaguneb piirkondadeks, on piirkond, mis tegeleb visuaalse sisendi, siis on nii öelda mootori – kordinatsiooni keskus, kuulmiskeskus jne. Neid alasid on päris palju. Ent Vernon Mountcastle 1978 aastal vaatas neid eri piirkondi lähemalt ja avastas, kui sarnase ehitusega need kõik tegelikult on anatoomiliselt. Sellele tuginedes püstitas ta ühe murrangulise hüpoteesi, et kogu ajukoor kasutab ühte fundamentaalset algoritmi oma ülesannete täitmiseks!

See tähendab, et põhimõtteliselt ei ole vahet nägemisel, kuulmisel, mõtlemisel, liikumisel jne. Ajukoore jaoks on kõik üks, ta kasutab üht süsteemi oma erinevate sisendite töötlemiseks. See võrratu algoritm sisuliselt ongi meie intelligentsuse allikas, mõistis Hawkins kohe. Kui me suudaks vaid selle selgeks teha endale ja kuidagi tehislikult reproduseerida, suudaksime esimest korda ajaloos panna arvuti tõesti mõtlema!

Selle väite tõestamiseks on teadlastel õnnestunud vastsündinud tuhkrute ajud nii ümber ühendada, et silmadest tulevad signaalid saadetakse hoopis sinna ajukoore ossa, kus muidu paikneb kuulmiskeskus. Üllataval kombel kohaneb ajukoor sellega ning noortest tuhkrutest saavad ikkagi nägijad, ehk nad õpivad “nägema” nende ajurakkudega, mis muidu “kuulavad”.

Tegelikult tuleb välja, et kuulmisel, nägemisel ja puudutamisel ei olegi mingit vahet, aju jaoks on need kõik pelgalt mustrid. Võid ette kujutada aju kui pimedas, vaikses ruumis paiknevat musta kasti, aju ei kuule, ega näe, ega tunne midagi, tegelikult on aju ainuke kehaosa, millel pole õrna aimugi “endast”. Ma võiksin oma näpu su ajju toppida ja sa ei tunneks seda. Kogu informatsioon siseneb ajju tegelikult ruumiliste (ing. k. spatial) ja ajaliste (ing. k. temporal) mustritena aksonite kaudu. Või bitijadana kui soovite.

Võtame nägemise näite. Üks fikseeritud kujutis jõuab võrkkestale, see tõlgitakse mustriks, need kujutised on aga ajas pidevalt muutuvad. Kui sa fikseerid pilgu ühele objektile, siis võib tekkida arvamus, et võrkkest saabki seda sama staatilist sisendit kogu aeg, ent tegelikult umbes kolm korda sekundis teevad silmad järsu liigutuse ning fikseerivad uue objekti (ing. k. saccade), see tähendab aga et võrkkestale jõudev kujutis on hoopis midagi muud, ent meie “tajutav” pilt on ju stabiilne, mitte hüplev. Tegelikult ongi nägemine rohkem nagu laul, mitte maal, ajju jõuab lõppematu mustrite jada, mitte staatiline pilt.

Mõista, et aju töötleb ainult mustrite jada on üks olulisemaid kohti tehisintellekti loomisel. Et näitlikustada veelkord ajukoore lõputut paindlikust tõi Hawkins näite inimesest, kes õppis nägema oma keelega. Nimelt Paul Bach y Rita lõi seadme, mis kaamerast tuleva visuaalse info tõlgib piksel piksli haaval erineva rõhuga punktideks keelel. Erik Weilhenmayer oli üks esimesi, kes seda seadet kandis ning tal õnnestus näha palli enda poole veeremas, haarata karastusjooki jne. Üsna pea õppis ta ajukoor tajuma punkte keelel ruumiliste piltidena.

Põhimõtteliselt saab aju iga päev iga tund iga sekund sisendiks lõpmatu jada uusi mustreid, hämmastav on see kuidas ta suudab sellest midagi mõistliku teha. Ajukoore töös on kolm põhilist tahku, millest igaühest räägin põgusalt –

  • Ajukoore “mälu” on auto-assotsiatiivne
  • Ajukoor salvestab mustreid “sõltumatul” kujul
  • Ajukoor salvestab mustreid hierarhiliselt

Ajukoore “mälu” on auto-assotsiatiivne
Kujuta ette oma tuba, pane silmad kinni ja mana see silme ette. Mida sa näed? Oma kirjutuslauda, tooli, kappi, voodit? Tõenäoliselt ühte neist objektidest, nüüd “keskendu” täpsemalt ainult ühele neist objektidest, näed midagi uut, midagi detailsemat, mida enne ei näinud? Tõenäoliselt jah. Mis on selle harjutuse mõte? Kas panid tähele, et me ei suuda tegelikult kujutada ette oma tuba kui tervikut, võibolla suudame manada silme ette üldised seinas jne, ent me ei suuda näha “tervikut” korraga, paljud detailid ja pisiasjad lähevad kaduma, ent kui keerame oma tähelepanu nendele objektidele, siis tulevad need meil pingutuseta meelde. See on sellepärast, et meie “mälu” on auto-assotsiatiivne.

Ajukoor salvestab mustreid üksteisest sõltuvalt, see sisuliselt tähendab, et ühe närvi aktiveerumise järel on suht suur tõenäosus, et aktiveerub ka mõni muu, mis on tollega seotud. Meie “toa” mõiste on seotud meie kirjutuslaua mõistega, mis on omakorda seotud laual lebava läpakaga jne jne… sisuliselt ongi see lõputu jada (train of thought if you like). See on ka põhjuseks miks näiteks mõned inimesed, kui nad lugu jutustavad, peavad enne käima läbi kohtadest x, y ja z kui jõuavad loo poindini. Nad ei saa muud moodi lihtsalt, sest nii on see neil salvestatud, otseteed ei ole.

Ajukoor salvestab mustreid “sõltumatul” kujul
Mõtle nüüd oma parimale sõbrale, usun et üsna kergesti tuleb sul silme ette tema nägu ja olen kindel, et sama kergesti tunneksid sa ta ära ükskõik missuguselt pildilt, isegi siis kui ta kannaks roosat krokodillinahst ülikonda ja parukat. Jah? Lihtne ju! Kuid tegelikult ei, kui tuletad meelde, et aju “näeb” ainult mustreid siis, saab aju ju täiesti teistsuguse sisendi iga kord kui sa näed oma sõpra, mitte kunagi  ei ole see samasugune, kas on su sõbral midagi uut seljas, on ta teises kohas, on tal teine soeng, langeb valgus erinevalt, näed sa ainult ta kukalt jne jne. Võimalusi on miljoneid, kui ikkagi tunneksid sa ju ta ära! Arvutite jaoks on selline ülesanne täiesti üle mõistuse raske. Näiteks võime küll õpetada arvuti ära tundma ühte pilti, ent oletame et nihutame kõik pikslid sellel pildid 5 võrra vasakule. Sina vaataksid sama pilti (tõenäoliselt ei märkakski erinevust) ent arvuti oleks omadega täiesti rabas.

Jumalanna juhus sai sellest takistusest ümber nii, et ajukoor ei salvesta kunagi konkreetseid sisendeid, vaid pigem nende suhteid omavahel. Nii jätad sa tegelikult meelde, kuidas su sõbra silmad asetsevad tema nina suhtes, milline on ta juuksevärv ta nahavärvi suhtes jne jne. Sama lugu on kui kuulame muusikat, ma võiksin mängida su lemmiklaulu ükskõik mis võtmes ükskõik mis instrumendil ja sa tunneksid selle ära, ent ometi oleks iga kord nootide järjekord täiesti esmakordne, jälle salvestab ajukoor nootide üleminekud, mitte nende absoluutväärtused ja seda kõigi asjade jaoks.

Ajukoor salvestab mustreid hierarhiliselt
Lisaks kõigele eelnevale on sisendmustrid paigutatud “püramiidi”. Rääkisin, et nägemise puhul on ajju jõudev sisendmuster kogu aeg erinev ja “pilt” kui selline tegelikult üsna häguste piirjoontega. Ent kui sisend jõuab ajukoorde siis käib ta läbi nn. puhastuspüramiidi, kus igal astmel visatakse ülejääk ära ja antakse edasi ainult vajalik. Näiteks kui vaatad mingit objekti, siis “esimesel tasandil” eraldatakse sisendist ja edastatakse tasand “kõrgemale” sellised mõisted nagu “joon”, “värv”, “serv” jne. Tase kõrgemal pannakse neist kokku näiteks geomeetrilised kujundid “ruut”, “silinder” jne. Tase kõrgemal pannakse juurde mõisted “maal” ja “raam” ning lõpuks seostatakse mõistega “kunst”. Sisuliselt sellist hierarhiat mööda käivad kõik me mõtted Hawkinsi väitel. Iga hierarhia astmel edastatakse järjest abstraktsem mõiste üles ja kogu “must töö” tehakse ära järgnevate tasemete eest.

Sisuliselt moodustab meie ajukoor mudeli maailmast, kus kõige kõrgemal tasemel on kõige abstraktsemad mõisted, nii tekibki olukord, kus inimesel on ajukoores rakud mis on “aktiivsed” nii kaua kui nägemisväljas on näiteks Bill Clintoni nägu. Madalamatel tasanditel muutuvad pidevalt “töötavad” rakud, ent mida ülesse poole pilt jõuab, ehk mida “puhtamaks” see muutub seda püsivamalt töötavad rakud, kuni lõpuks ongi üks rakk, mis on “aktiivne” ükskõik kus me nägemisväljas Billi nägu ka ei peituks.

See tuleb mul alati meelde kui ma vaatan imikuid, nende suured pärani silmad sõna otseses mõttes imavadki kõike endasse. Nende aju teeb kohutavalt tööd konstrueerides järjest keerulisemaid seoseid ja täiustades “mudelit” iga võimaliku nurga alt, kuni ükskord on mudel piisavalt täiuslik, et nad õpivad rääkima ja maailmaga ise suhtlema. Sama kehtib ka õppimise kohta. Ülikooli esimesel semestril räägiti meile kuidas õppimise puhul on kasulik järjest uusi abstraktsuse tasemeid saavutada, sest “iga järgnev kaitseb eelmisi”. Sisuliselt toimubki sama asi ka meie peas. Püramiid muutub järjest sügavamaks ja täiuslikumaks. Ja iga sellise “astme” lisandumisega kinnistuvad kõik eelnevad (kuigi vast lisanenud võib ise ununeda).