maanantai 4. lokakuuta 2010

Aivoista

Vuosia sitten tutustuin varsin vähän vakuuttavaan ja kömpelön oloiseen yritykseen liittää aivojen toimintaan kvanttifysikaalista aspektia. Näitä viritelmiä on näkynyt aina joskus sittemminkin. Miksiköhän?

Syntyy vaikutelma, että ihmisiä kiusaa aivotoiminnan ajatuksellinen digitalisoiminen. Tosin en tiedä, onko tällainen käsitys edes olemassa, saati yleinen. Mieltävätkö ihmiset todella aivot jotenkin digitaalisena laitteena?

On näet niin, että kyllähän yksi kuvan yksityiskohta todella on noussut hallitsemaan koko näkymää. Aksonilla varustettu hermosolu todellakin joko laukeaa tai sitten ei. Se on joko tai, ja lisäksi tässä esiintyvä häiriö on merkittävä toimintahäiriö, kyllä vaan.

Sen sijaan informaatio, jota hermosolu ottaa vastaan, on portaatonta. Kymmenistä tai sadoista tuovista hermosoluista aiheutuvat kalvojännitteen muutokset ovat käytännössä portaattomia, mitään diskreettisyyttä niissä ei tietääkseni ole. Myös laukeamisen lopputuloksena vapautuvien ja varsinkin lopulta vaikuttavien välittäjäaineitten määrä voi vaihdella täysin portaattomasti. Lisäksi on myös olemassa täysin aksonittomia neuroneja.

Tilanne on sama kuin lukemattomat purot täyttäisivät ja tyhjentäisivät altaita, joiden pinta tiettyjen kynnysten jälkeen vapauttaisivat vasaroita. Lisäksi vasaroiden päät ja alasimetkin vaihtelevat portaattomasti. Tätä kokonaisuutta minun on hyvin vaikea mieltää mitenkään diskreettien tilojen vaihteluna, joten jos sumeutta ja epämääräisyyttä kaivataan, sitä on jo olemassa yllin kyllin.

Onko yleensä olemassa kuvaamaani yleistä harhaa? Jos on, onko se merkittävä vai käytännössä merkityksetön?

7 kommenttia:

  1. Aivojen malli (se nimenomaan on malli; ei ole mielekästä sanoa, että aivot toimivat juuri niin, ainakaan niin kauan kuin keinotekoisia aivoja ei ole rakennettu) on kai nykyään jotain mitä nimitetään hybridijärjestelmäksi.

    Ensiksikin, vaikka laukeaminen sinänsä on digitaalinen ilmiö, laukeamisen ajoitus suhteessa muihin soluihin jne. on jatkuva ilmiö, ja siten "portaaton". Käsittääkseni ei todellakaan vielä tiedetä, kuinka olennaista tällainen synkronisuuden/asynkronisuuden yhteispeli aivoissa on.

    Digitaalisuus - tai siis, oikeastaan diskreettisyys - nähdään usein jonkinlaisena olennaisena rajoitteena, mutta synapsien määrä jo yksinään tarkoittaa, että aivojen kompleksisuus olisi jotain käsittämättömän suurta siitäkin huolimatta, että ne olisivat täysin diskreettejä. Jatkuvat ilmiöt ovat lisäksi yleisestiottaen ihan yhtä rajoittuneita niin kolmogorov- kuin Vapnik-Chervonenkis-mielessä kuin diskreetitkin.

    Kvanttimekaniikka tai mikään muukaan fysiikan teoria ei "pelasta" sellaista käsitystä aivoista, joissa uskotaan että siellä elää jonkinlainen "ghost in the machine". Fysikaalinen selitysmalli ei sellaista tule löytämään. Kvanttimekaanisia ilmiöitä ei esiinny edes merkittävänä kohinana sähkökemiallisten ilmiöiden tasolla, kun puhutaan lämpimistä (ei-suprajohtavista) järjestelmistä, kuten aivoista.

    VastaaPoista
  2. Digitaaliseen prosessoinnin idea on koodata informaatio luvulla. CD-levy on tästä esimerkki. Tässä on se huono puoli, että informaatio menetetään, jos se kohta, mihin informaatio on tallennettu, vaurioituu (mihin ei tosiaankaan loppujen lopuksi paljoa vaadita).

    Aivot taas hajauttavat informaation neuroverkkoon, minkä etuna on se, että vaikka paikallisesti neuroneita tuhoutuisikin, niin informaatio voi silti säilyä (joku on joskus verrannut aivoja hologrammiin: jos hologrammin hajottaa, kuvan voi silti rakentaa uusiksi yhdestäkin osasesta, tosin kuvan laatu saattaa kärsiä).

    Tällä perusteella en pitäisi aivoja digitaalisena laitteena. Aivot eivät koodaa informaatiota luvulla johonkin tiettyyn kohtaan vaan, kuten totesin, hajauttavat sen neuroverkkoon.

    Tuo vertauksesi puroista ja altaista oli hyvä ja herättää pääni sisällä mielihyvää tuottavaa pohdintaa. En osaa sanoa päteekö vertauksesi aivoihin oikeasti, mutta miettiä sitä kannattaa.

    Tietokoneen ja aivojen edut ja haitat tulevat esiin eri tehtävissä. Tietokoneet ovat hyviä puhtaassa numeroiden murskaamisessa, mutta aivot taas kykenevät esim. luomaan vaikka suhteellisuusteorian. Ihmiselle käveleminen huoneen poikki törmäämättä mihinkään on lapsellisen helppo tehtävä, kun taas tietokoneelle se on selvästi hankalampaa. Tällaisista ja vastaavista seurauksista voi mielestäni jo vetää sen johtopäätöksen, että aivot ovat jotakin muuta kuin digitaalinen järjestelmä.

    VastaaPoista
  3. Ramoy, hajauttaminen ei ole digitaalisessa maailmassa mitenkään tavatonta. Google on hajauttanut kaikki tietokantansa niin, että ne sijaitsevat eri puolilla maailmaa, palasina ja niiden kopioina.

    Aivojen toiminnassa yksittäinen neuroni ei tietenkään koodaa mitään yksittäistä tietoalkiota. Ei tietokonemetafora ole mielekäs sellaisella tasolla, koska on aivan päivänselvää, että aivojen tapa koodata ajatuksia, muistoja, tunteita, aistimuksia jne. ei ole "yksi neuroni, yksi ajatus". En väitä tietäväni, miten se koodaus tapahtuu, mutta koodaus sinänsä ei ole olennaista sen kannalta, ovatko aivot "digitaaliset" vai eivät.

    Esimerkiksi digitaalisessa hahmontunnistuksessa käytetään joskus erilaisia perättäisiä matriiseja, jotka kuvaavat eri matalammalla tasolla esiintyvien piirteiden kokoelmia. Ei tällaisessa esitystavassakaan ole mielekästä sanoa, että jokin luku matriisissa esittää jotain hahmoa tms.

    Tietokoneen ja aivon ei tarvitse olla (tosin ne voivat olla; en lähde siitä väittelemään) mitenkään perustavalla tasolla erilaisia, koska tapa, jolla rakennamme tietokoneita johtuu teknologian kehityskaaresta ja tietyssä mielessä perinteistä tietotekniikan suunnittelussa.

    Tietokone kyllä rakennetaan loogisista porteista, jotka ovat paljon yksinkertaisempia kuin yksi neuroni, ja toimivat eri tavalla, mutta riittää että tietokoneella voitaisiin periaatteessa simuloida täysin neuronin toiminnan oleelliset piirteet; tämän jälkeen tietokoneella ei olisi mitään periaatteellista rajoitetta tehdä samoja asioita kuin aivot. Erona on vain se, että aivojen rakenne on erittäin monimutkainen. Vastasyntyneen aivot eivät ole "tabula rasa", vaan ne on ikäänkuin viritetty omaksumaan kieli, oppimaan kävelemään, jne. Siitä, mikä tämän virityksen saa aikaan, voi tietenkin esittää erilaisia näkemyksiä, mutta tieteen konsensus on, että se on luonnonvalinnan seurausta ihan samalla tavalla kuin kaikilla muillakin eläimillä.

    VastaaPoista
  4. Onhan noita spekulaatioita. Roger Penrose ehdottaa neuronien sisältämien mikrotubuleiden olevan tarpeeksi herkkiä kvantti-ilmiöille, ja ajattelee tietoisuuden voivan syntyä niiden ansiosta. Myös Danah Zohar on visioinut tietoisuuden olevan jonkinlainen koherentti kvantti-ilmiö.

    Suurempaa tieteellistä kannatusta näillä ehdotuksilla ei taida toistaiseksi olla. Tottakai uusi ja omituinen kvanttifysiikka pistää mielikuvituksen laukkaamaan, ja hyvä niin.

    VastaaPoista
  5. Niin, se oli Danah Zohar (B.Sc.), jonka teoksen "Quantum Mind" joskus parikymmentä vuotta sitten luin.

    Sivumennen sanoen en usko kenenkään alkuperäisen nimen olevan "Danah Zohar".
    Nimi on todennäköisesti muutettu, ja juuri sen valintaan on ollut joku syy, mikä ei tietenkään itse teoksen arvoon tai arvottomuuten paljoa vaikuta. Se vaan ei ollut mitenkään vakuuttava yritys.

    VastaaPoista
  6. Penrose tietää varmasti enemmän kuin minä tiedän kvanttimekaniikasta, joten en väitä häntä vastaan. Pidän sitä kuitenkin epätodennäköisenä, koska ajatusta ei ole esitetty minusta vakavissaan oikein missään, ja se vähä mitä tiedän kvanttimekaniikasta sanoo, että kvantti-ilmiöt ovat normaalilämpötiloissa sähkökemiallisella tasolla pelkkää vähäistä kohinaa, jonka energia on synapsissa tapahtuvien reaktioiden rinnalla niin pieni, ettei se mitenkään voi vaikuttaa mihinkään. Lisäksi oletuksena se vaikuttaa tarpeettomalta. Mutta kuten sanoin, tämä käsitys ei perustu syvälliseen ymmärrykseen kummastakaan, vaan pintapuoliseen tietämykseen ja eri näkemysten vertailuun hyvin yleisellä tasolla.

    VastaaPoista
  7. En itsekään ole kovin innostunut tietoisuuden kvanttimekaanisesta selittämisestä, mutta eihän sitä vielä tiedetä miten nämä asiat ovat. Ilmeisesti kuitenkin jotkut kvantti-ilmiöt ovat jopa tavallisia luonnossa. Fotosynteesia kai nykyään selitetään osaksi kvantti-ilmiöillä (tämän voi googlettaa, jos asia kiinnostaa).
    Klassinen esimerkki kvanttitason häiriöistä on kynttilän liekin satunnainen lepatus.

    VastaaPoista