Naśladując naturę - pamięć

Zbudowanie pierwszych maszyn liczących powiązane było z osiągnięciem jasno określonego celu - stworzeniem robota zastępującego człowieka w wielu rutynowych czynnościach. W podtekście wyczuwało się jednak chęć budowy sztucznej inteligencji, jak najdokładniej utożsamianej z ludzkimi atrybutami tejże wartości.

Zbudowanie pierwszych maszyn liczących powiązane było z osiągnięciem jasno określonego celu - stworzeniem robota zastępującego człowieka w wielu rutynowych czynnościach. W podtekście wyczuwało się jednak chęć budowy sztucznej inteligencji, jak najdokładniej utożsamianej z ludzkimi atrybutami tejże wartości.

Dynamiczny rozwój technologii zaślepił nieco ludzkość technicznymi możliwościami stwarzanymi jej rękami i umysłami. Prognozy dalszego postępu w tej materii są nader obiecujące, przede wszystkim w gałęziach służących samemu człowiekowi, z czego trudno się nie cieszyć, skoro korzyści są aż nadto widoczne. Zarówno w naukach typowo technicznych, jak i przyrodniczych czy medycznych wzrasta poziom wiedzy ogólnej oraz stosowanej, umożliwiając tym samym podnoszenie jakości życia i czynienia go bezpieczniejszym.

Perspektywy skonstruowania sztucznego tworu obdarzonego inteligencją zdają się jednak oddalać, mimo coraz znaczniejszego zaawansowania technologii. Już w tej chwili wyraźny staje się fakt, że nie tylko szybkość obliczeniowa i pojemność pamięci stoją na przeszkodzie w osiągnięciu tego celu.

Systemy komputerowe usprawniają życie w określonych dziedzinach, zapewniając szybki dostęp do informacji, ale brakuje im ciągle tego, co rozumiemy pod pojęciem inteligencji.

Niemniej wielkie nakłady na rozwój technologiczny tej gałęzi przemysłu wskazują na niebagatelne jej znaczenie w rozwoju ludzkości. Chociaż komputer można skwitować pokrótce określeniem "idioty fascynującego wielu geniuszy", to nie jest on w historii ludzkości ani pierwszym, ani ostatnim krokiem na drodze poszukiwań sztucznego ekwiwalentu istoty myślącej.

Już w czasach zamierzchłych potrafiono skonstruować maszyny-automaty, wykonujące konkretne czynności, bądź naśladujące w pewnym zakresie żywe istoty. Wystarczy choćby wspomnieć, że w I wieku naszej ery w Aleksandrii potrafiono konstruować lalki grające na instrumentach czy automatycznie otwierające się drzwi. Kiedy hiszpańscy zdobywcy pojawili się w Meksyku, zobaczyli złote małpy potrafiące prząść i jeść jabłka. W XVII wieku powstała w Europie niezła szkoła tworzenia robotów mechanicznych, androidów umiejących pisać gęsimi piórami pięknie kaligrafowane teksty czy nawet mówić. Wszystkie te cuda wytworzone rękami i umysłami ludzkimi, bazujące na skomplikowanych układach mechanicznych, zupełnie nieźle pełniły rolę, do jakiej zostały stworzone.

Gdy dojrzeliśmy do wieku elektroniki, wydawałoby się, że naturalną koleją rzeczy jest wzbogacenie tychże mechanizmów o pamięć i swojego rodzaju możliwości podejmowania decyzji, co pozwoliłoby na stworzenie androida o dosyć wysokim poziomie funkcjonowania. Niestety, okazuje się, że sztuczne twory, nawet z poważnym elektronicznym zapleczem, pozwalającym na wykonywanie milionów operacji na sekundę, z pamięcią rzędu wielu gigabajtów, nie są w stanie inteligencją dorównać kilkuletniemu dziecku. Owszem, pewne funkcje wykonują niezwykle precyzyjnie, bez zmęczenia.

Dlaczego tak się dzieje? Czyżby konstrukcja sztucznego tworu, choćby w niektórych przypadkach sprawiającego wrażenie inteligentnego, była rzeczywiście niemożliwa? Aby odpowiedzieć na to pytanie, zastanówmy się, czym wobec tego różni się mózg istoty żywej, a w szczególności gatunku Homo sapiens, od naszych wyobrażeń o nim, przekładanych na zasady działania urządzeń elektronicznych.

Otóż, jak naukowo zostało dowiedzione, mózg ludzki jest układem działającym na zasadzie elektroniczno-chemicznej. Mózg elektronicznie czuwa, czego dowodzi elektroencefalogram. Jego strukturę można porównać do układu scalonego, składającego się z ok. 10-15 mld elementów (komórek nerwowych), połączonych kanałami nerwowymi do wszystkiego, co w organizmie żyje. Liczba jest oszałamiająca, a jednocześnie jest niczym przy ilości synaps (połączeń międzykomórkowych), których liczbę szacuje się na tysiąc razy większą, a więc na poziomie 10-15 bln. Być może liczba komórek nerwowych nie wzbudzi specjalnych emocji, gdyż odpowiada standardom obecnie stosowanych pamięci dyskowych, które mogą zapamiętać gigabajty informacji. Problem w tym, że pamiętanie informacji nie jest jednoznaczne z jej sensownym poukładaniem, umożliwiającym późniejsze z niej korzystanie. O tym czynniku decydują właśnie połączenia międzykomórkowe, co stanowi dla dzisiejszej wiedzy nie lada problem - stworzyć model bazy danych obsługujący 15 bln zależności.

Na drodze do sukcesu pojawiają się dalsze przeszkody. Okazuje się, że mózg pracuje z szybkością ok. 3,5 GB/sek, tyle bowiem jest w stanie informacji przetworzyć - o ile można tę wielkość realnie zmierzyć. Przy współczesnych szybkościach procesorów wykonujących kilka milionów operacji na sekundę, jest to rzeczywiście jeszcze zbyt duża luka. Ale problemy szybkościowe nie są jedyną barierą ograniczającą zbliżenie układu elektronicznego, pracującego w technologii krzemowej, do organizmu żywego. Być może szybkość przetwarzania informacji przekroczy niegdyś i ten próg.

Sedno sprawy leży głębiej i związane jest z organizacją przetwarzania, a nie tylko z jego szybkością. Zastanówmy się nad sposobem podejmowania decyzji przez człowieka. Otóż, mając do wyboru kilka wariantów możliwego postępowania, niektóre z nich odrzucamy z góry, wiedząc, że są zupełnie nieprzydatne w konkretnych okolicznościach. Występuje tu więc zjawisko selekcji wstępnej, będące wynikiem bądź naszego doświadczenia, bądź logicznego uzasadnienia. Komputer natomiast nie jest w stanie kierować się doświadczeniem, a logika jest taka, jak oprogramowanie, działające na jej bazie. Co więcej, maszyna cyfrowa nie przerywa "rozumowania", bo coś się jej nagle "przypomni", kierując tok myślenia na inną drogę. Każdy z wariantów musi być obliczony do końca, aby otrzymać odpowiedź, który jest najlepszy w danych okolicznościach. Typowa sytuacja występująca przy oprogramowaniu komputerów szachowych, gdzie wyższość (o ile taka może wystąpić) maszyny nad człowiekiem polega na szybkim obliczaniu wielu kombinacji naprzód i wyborze najlepszej. Człowiek w takiej sytuacji, korzystając z doświadczenia, skupia się od razu na kilku najbardziej prawdopodobnych układach, nie zaprzątając umysłu analizą wszystkich możliwych kombinacji.

Często też decydującą rolę odgrywa czynnik będący pochodną doświadczenia lub bliżej nieokreślonego pochodzenia, zwany po prostu intuicją, co w konkretnych warunkach jest utożsamiane z talentem. O sztucznym, elektronicznym sprzęcie z najlepszym nawet oprogramowaniem, który cechowałby się intuicją nie mamy co marzyć. Nie wynika to ze zwykłej niewiary w techniczne możliwości stworzenia takiego urządzenia, ale z prozaicznej przyczyny, która nie pozwala zrozumieć nam, co to właściwie takiego jest intuicja, a którą zbyt często w życiu wykorzystujemy.

Z powyższej analizy wynika, że proces zapamiętywania i kojarzenia informacji w mózgu przebiega zupełnie inaczej niż w klasycznej maszynie cyfrowej. Spróbujmy zatem przybliżyć pewne aspekty towarzyszące naszej pamięci. Eksperymenty naukowe potwierdziły fakt, że proces zapamiętywania nie jest jednorazowym zapisem kombinacji bitów w komórkach nerwowych, ale pewnego rodzaju procesem związanym z utrwaleniem śladu pamięciowego, którego czas trwania może być różny - zależny od warunków i osobnika. Tak więc zapamiętanie informacji nie ma charakteru migawkowego (pojęcie analogiczne do naświetlenia kliszy fotograficznej), ale wymaga pewnego procesu utrwalania. Jest to związane z możliwością zacierania śladów pamięciowych i ich modyfikacji. Ograniczenia te mają na celu zmniejszenie zaśmiecania mózgu elementami niepotrzebnymi, z korzyścią dla informacji fundamentalnej lub w danym momencie najistotniejszej. Przypomnijmy sobie choćby naukę przed egzaminem, tylko po to, aby zaliczyć przedmiot. Często za kilka dni nie pamiętamy z tego nic lub pamiętamy tylko nieistotne fragmenty. Umysł nasz robi sobie miejsce na następną porcję wiedzy - materiał słabo utrwalony ulega wymazaniu.

Zmienność śladów pamięciowych pozwala natomiast na ciągłą modyfikację naszych wrażeń pamięciowych, ponieważ pamięć w rzeczy samej nie służy do wiernego zapamiętywania, lecz do rekonstrukcji zdarzeń. Powoduje to, że z upływem czasu obrazy odtwarzane z pamięci mogą przybierać formy bardziej ogólne, gdzie szczegóły zostają wygładzone, pewne cechy uwydatnione lub pominięte. Do tego wszystkiego dochodzi jeszcze kojarzeniowy charakter pamięci, co związane jest z cyklem przypominania i rozpoznawania. Jakże często nie możemy przypomnieć sobie nazwy będącej "na końcu języka" czy wręcz przeciwnie, jakiś szczegół (dźwięk, przedmiot) przywołuje dawno minione wspomnienia. I wreszcie obszar symboli, którym przyporządkowujemy takie lub inne znaczenia, a pozwala nam to funkcjonować i uczyć się. Niejednokrotnie przecież w procesach edukacyjnych zwraca się szczególną uwagę na formę przekazywania informacji nie wprost, na sucho, ale popartą bądź odpowiednio przytoczonym przykładem, pozwalającym na zasadzie pewnych bodźców "przemycić" wiedzę, bądź stosowaniem nauczania poprzez zabawę.

Porównując wszystkie te możliwości z techniką komputerową, rzeczywiście nie możemy być zbyt dumni z maszyn elektronicznych, pamiętających wprost to co się im poda, tak długo aż nie zniszczymy informacji, nie potrafiących dozować przyjmowanej wiedzy, a kojarzenie wykonujących na zasadzie sztucznego języka zapytań, którego efekty są dosyć mierne.

Aby dopełnić opis procesu działania pamięci organizmów żywych, należy nadmienić, że nie posiada ona charakteru typowo dynamicznego. Otóż, stale krążące w mózgu impulsy nerwowe, tworzące element podtrzymania elektrycznego, mogłyby świadczyć o tym, że w momencie ich braku, pamięć zostanie trwale skasowana. Próby, jakie wykonano na organizmach żywych, wykazały, że nie jest to prawdą. Przerwa w krążeniu impulsów elektrycznych wywołana np. zamrożeniem i późniejszym odmrożeniem nie powodowała zaników pamięci. Zdarzenia utrwalone poprzednio, pozostawały w dalszym ciągu. Dowodzi to bezspornie, że pamięć, w tym także ludzka, działa na zasadzie zmian strukturalnych na drodze biochemicznej, do których doprowadza się poprzez przepływ impulsów nerwowych, mających za zadanie utrwalenie śladu pamięciowego.

Mimo znajomości chociażby tych ogólnych zasad funkcjonowania mózgu, trudno w dalszym ciągu wyobrazić sobie i przetransponować na język techniczny metodologię tworzenia zjawisk pamięciowych. Pracując z komputerami, wiemy, że aby zapamiętać obraz, należy go przetworzyć na formę cyfrową, a następnie zapamiętać w wiernej postaci na nośniku. Aby zachować obraz zmienny dynamicznie, np. fragment filmu, musimy pamiętać poszczególne klatki lub przynajmniej zmiany, różniące poszczególne sekwencje. Pozwala to na późniejsze odtwarzanie zapamiętanych nieruchomych migawek w postaci filmu. Gdyby pamięć ludzka działała na takiej zasadzie, to zapamiętanie kilku ruchomych obrazów o łącznym czasie trwania kilku godzin, spowodowałoby jej przepełnienie. Jak więc jest możliwe, że idąc przez życie przyswajamy sobie mnóstwo ruchomych sekwencji, pamiętamy dźwięki (całe arie), potrafimy cytować całe poematy, a objawów przepełnienia jakoś nie widać. Co więcej, wielu ludzi szczególnie utalentowanych potrafi zaskakiwać zdolnościami swoich umysłów, wybiegającymi znacznie ponad przeciętność. Przytoczę tu przykład dyrygenta Hansa von B?lowa, który jadąc pociągiem z Hamburga do Berlina przeczytał partyturę nieznanej sobie symfonii, a wieczorem dyrygował z pamięci orkiestrą wykonującą ten utwór. Albo też W.A. Mozart, któremu cała kompozycja pojawiała się od razu w głowie i wystarczyło zapisać ją w formie partytury. O geniuszach potrafiących wykonywać na życzenie dowolnie skomplikowane obliczenia matematyczne słyszeliśmy nieraz, czemu dał dowód chociażby profesor Uniwersytetu Edynburskiego A.C. Aitken, podając po czterech sekundach zastanowienia wynik dzielenia liczby 4 przez 47 z dokładnością do 46 miejsc po przecinku.

Mamy tu do czynienia nie tylko z pamięcią, ale z fenomenalnym łączeniem symboli, tworzących pomost między tym, co naturalne, a tym, co jest umowną wartością wprowadzoną przez człowieka.

Ale czym się tu zachwycać, skoro komputer obliczenia matematyczne wykona równie sprawnie, partyturę zapamięta w mig i będzie mógł ją wielokrotnie odtwarzać bez najmniejszego błędu. Trochę być może gorzej wypadłaby sprawa komponowania utworów muzycznych przez maszynę. Można byłoby pokusić się o wprowadzenie tysięcy drobnych fragmentów różnych utworów do jego pamięci, z których mógłby tenże komputer skomponować jakiś utwór. Ale w tym jest problem, że nie znamy mechanizmu doboru fragmentów w całość, tak aby była ona przynajmniej znośna, nie mówiąc już o automatycznym kreowaniu arcydzieł. Tak więc, oprócz pojemności, umysł ludzki posiada tę niezwykłą zdolność twórczą, różniącą go od maszyn.

Wracając do wątku pamiętania całej mnogości informacji w mózgu ludzkim, zastanówmy się, czy rzeczywiście obrazy w nim utrwalane są z fotograficzną dokładnością na wzór mapy bitowej w komputerze. Zamknijmy oczy i starajmy się odtworzyć obraz otoczenia, w którym aktualnie przebywamy. I co? Okazuje się, że pamiętamy pewne elementy charakterystyczne, tworzące przestrzenne figury geometryczne, ale bez zbytniej precyzji. Odtwarzanie w wyobraźni (wizualizacja) posiada cechy pewnej ogólności, będącej składanką form podstawowych, nabytych w praktyce. Od urodzenia zapamiętujemy i segregujemy informację pod kątem elementów składowych, tworzących w swej różnorodności kompozycje dowolnie złożone. Pamięć polega raczej na tym, że wiemy jak kształtuje się dana forma, która następnie może ulegać modyfikacjom w konkretnych warunkach.

Aby nie być gołosłownym, posłużę się prostym przykładem. Wyobraźmy sobie wazon z kwiatami, stojący na stole. Patrząc na ten obiekt i próbując go analizować, dostrzegamy, że składa się z różnych krzywizn i płaszczyzn odpowiednio zabarwionych. Te figury przestrzenne tworzą formy rozwinięte, które już jesteśmy w stanie nazwać: liść, łodyga, blat, noga. Łącząc je dalej, dochodzimy do syntezy obiektów znanych nam z natury. Ze składania form podstawowych możemy rekonstruować i rozumieć realnie istniejące przedmioty i zjawiska, jak również kreować nowe, będące wynikiem naszych twórczych wyobrażeń. Kreacja przy użyciu wyobraźni jest najlepszym dowodem na to, że sposób pamiętania polega na kojarzeniu form podstawowych. Tak więc rozróżniając różne typy kwiatów, nie pamiętamy każdej odmiany w postaci fotograficznej, ale raczej w postaci cech, które je charakteryzują. Składanie tychże cech pozwala na wydobycie pełnej informacji o kształcie, rozmiarze i kolorach, nie mówiąc już o pozostałych elementach, jak zapach czy smak. Uzasadniałoby to tak duże potencjalne możliwości przechowywania w mózgu informacji wizualnej, dźwiękowej i pozostałej, dostępnej zmysłami. Od strony informatycznej przypominać to może obiektowe podejście do zagadnienia, gdzie danemu obiektowi przypisujemy atrybuty oraz metody działania na nim. Trudno natomiast wyobrazić sobie, na jakim poziomie szczegółowości umysł pamięta formy podstawowe. Im głębiej posunięty proces rozdrobnienia informacji, tym większe nakłady muszą zostać poniesione na jej skojarzenie. Z kolei zbyt ogólny sposób pamiętania elementów podstawowych (liść - nie jako zespół krzywizn i płaszczyzn, ale fotografia całego obiektu) powoduje konieczność "fotografowania" różnych odmian danej formy, co z kolei niesamowicie podnosi "zajętość" pamięci, upraszczając jednak procesy składania w całość. A może istnieje złoty środek, dostarczający metod hierarchizacji naszej czaszkowej bazy danych, usuwając problemy z organizacją pamiętania i przypominania.

Jedno można uznać za niewątpliwe i nie związane z organizacją zarządzania informacją w naszych głowach - cały czas operujemy na elementach składowych

które udało nam się przyswoić w trakcie życia. Dotyczy to wszystkich wrażeń, nie tylko wzrokowych czy słuchowych. Młode umysły charakteryzują się dużą przyswajalnością, jako że biologicznie są predysponowane do pobierania informacji z otoczenia - w ten sposób muszą wypełniać swoje ślady pamięciowe. Zdolność ta z wiekiem maleje, przeradzając się w formę biernej egzystencji mózgu, wykorzystywanego tylko do zapewnienia niezbędnych funkcji życiowych. U niektórych osób natomiast owocuje w postaci talentów twórczych, gdy zebrane wcześniej doznania umysłowe, odpowiednio zmodyfikowane i wykorzystane, oglądają światło dzienne pod postacią nowych pomysłów czy arcydzieł.

Tak więc wszelkiego rodzaju pracę twórczą można nazwać niekonwencjonalnym transponowaniem rzeczy oczywistych, ale w nowej formie nadanej przez autora. Dodatkowym dowodem na to, że poruszamy się w obrębie pewnych stałych form przyswojonych przez umysł, może być reakcja na wydarzenia niekonwencjonalne, których nie zaznaliśmy wcześniej. Czyż uczestnictwo w wypadku nie powoduje u nas zupełnie nowych doznań i ostro nie wbija się w pamięć? Jest to zdarzenie odbiegające od standardu, do którego przywykliśmy i wzbogaca nasze doznania o nowe formy (ból, strach). Dotyczy to w równej mierze zajść przyjemnych i nieprzyjemnych, których niestety wymazać z pamięci nie sposób, gdyż ich nieprzeciętność i odmienność na zasadzie kontrastu pozostawia głębokie ślady w naszych umysłach, często komplikując późniejsze życie. Oznacza to również, że pamięć jest stale modyfikowalna, bez względu na wiek, natomiast od siły i odmienności bodźców zależy, z jaką łatwością są one zapamiętywane.

Wracając do sztucznych tworów przetwarzających informację, czyli komputerów, jako że one na razie potrafią to najlepiej, nie sposób wyobrazić sobie nawet namiastki tego, co ukryte w ludzkim mózgu. Moglibyśmy (teoretycznie) skonstruować oprogramowanie komputera, kojarzące pamiętane przez niego formy podstawowe w wiele kombinacji, tworzące w różnych układach określone formy całościowe. W dalszym ciągu jednak nie przekroczymy bariery niektórych zmysłów niedostępnych metodami sztucznymi. Jak bowiem kodować odczucie smaku, bólu czy stanu psychicznego? Wrażenia te, subiektywnie odczuwane przez człowieka, są wdzięcznym tematem poezji, a nie opisu matematycznego. Gdyby nawet udało się w sposób przybliżony sztucznie je symulować, to i tak maszyna zawsze pozostanie maszyną. Brakuje jej bowiem tego, co daje życie człowiekowi - woli działania i świadomości - elementów, których sam człowiek, ich właściciel, nie może zdefiniować i nie wie skąd się one biorą, pozostając tajemniczą iskrą życia. Iskrą pozwalającą stwierdzić "JA JESTEM" do końca nie rozumiejąc głębi znaczenia tych słów.


TOP 200