Student World

Jaký je současný stav poznání lidského mozku? Jak rozumíme procesům, které se zde odehrávají, jak umíme léčit poškození a nakolik je reálné normální funkce mozku zdokonalovat nebo dokonce přidávat funkce nové? Co dnes mediálně tak populární „implantáty“ skutečně dokáží a co jsou spíše zbožná přání či spekulace? A vzato z jiného úhlu pohledu, jak pokrok neurověd přispívá k rozvoji systémů umělé inteligence? Na naše otázky odpovídá odborník na kognitivní vědu Jan Burian. Ing. Jan Burian vystudoval informační a znalostní inženýrství na Vysoké škole ekonomické. Zabývá se modelováním poznávacích procesů a dynamikou sociálních multiagentních systémů a na toto téma dokončuje na VŠE disertační práci.

***
Úplná verze tohoto rozhovoru právě vychází v Business Worldu 10/2007.
***

Obor, kterým se zabýváte, se označuje jako kognitivní věda. Mohl byste tento zatím ne úplně běžný pojem nějak upřesnit? Jaký vztah má kognitivní věda k neurovědám, jaký k umělé inteligenci a dalším oborům?

Kognitivní věda je obor zkoumající poznávací procesy u organismů a jejich societ i u umělých systémů. Mezi poznávací procesy řadíme zejména vnímání, učení a usuzování, ale v širším kontextu i komunikaci, paměť, rozhodování, vědomí, kreativitu apod.
Poznávací procesy jsou společným tématem mnoha disciplín od psychologie, etologie a evoluční biologie přes neurovědy, kybernetiku, umělou inteligenci, lingvistiku až k filozofii mysli. Cílem kognitivní vědy je tyto obory propojit. Významnou roli v tomto úsilí hraje zejména interakce empirických pozorování biologie, psychologie a neurověd s formálními modely poznávacích procesů používaných v kybernetice a umělé inteligenci.

K jakému vývoji těchto oborů došlo v poslední době, řekněme za posledních pět let?

…

Často můžeme číst o různých implantátech, které vrátí mozku jeho funkce, nebo mu dokonce jeho funkce přidají? Nakolik se jedná o výzkumné projekty a nakolik jsou již nasazovány do praxe? Mám trochu pocit, že už hrozně dlouho jsou všech těchto vynálezů plné stránky novin, ale kolem sebe je nevidím…

Některé smysly, jako například sluch, lze ve formě tzv. kochleárních implantátů do jisté míry nahradit. Podobné pokusy nahradit zrak jsou zatím v plenkách, jde o podstatně náročnější úkol.
Existují i pokusy nahradit i funkce některých částí mozku. V současnosti se například tým vedený Theodorem Bergerem pokouší navrhnout hardware, který by v reálném čase modeloval činnost části krysího hipokampu (část mozku, uplatňující se zejména při ukládání a vybavování informací), tj. jednalo by se o jakousi „protézu“ této části mozku. Nutno podotknout, že se jedná pouze o velmi malou část hipokampu (v podstatě jen tenký řez) , a i tak zde vědci naráží na řadu obtíží. Nejde jen o to zvládnout přesné modelování funkce této části mozkové tkáně, problém je například i napojení elektronických částí zařízení na živou tkáň. Celá „protéza“ navíc bude v první fázi externí, její miniaturizaci a implantace přímo do těla živočicha je zatím v nedohlednu.

To nezní příliš optimisticky…

Vzato ale z druhé strany, mnohem zajímavější je situace u implantátů, které jen přenášejí signály ven z mozku. Bouřlivě se rozvíjí průmyslový výroba zařízení, které pomocí elektrod snímají aktivitu přímo v mozkové kůře (což je mnohem přesnější než například pomocí EEG) a umožňují ochrnutým lidem pohybovat robotickou končetinou, ovládat kurzor počítače nebo hlasový syntetizátor.
Stejně se tak se rozvíjí i aplikace jednoduchých elektrických stimulátorů mozku; jde především o elektrody implantované do mozku stimulující podkorové oblasti. Tyto stimulátory mohou s relativně vysokou úspěšností léčit těžké případy Parkinsonovy choroby, některé formy chronických bolestí a patrně některé těžké případy deprese.

Jak jsme dnes daleko v přiřazování určitých mentálních procesů konkrétním pochodům v mozku?
…

Jak vlastně dnes výzkum lidského mozku probíhá? Mohou se ho nějak zúčastnit dobrovolníci, můžu provádět nějaké (smysluplné) pokusy sám na sobě?

Nejsem lékař, takže tady mě berte lehce s rezervou. Výzkum funkcí lidského mozku je každopádně nesmírně široká oblast. Většina poznatků o detailním fungování živého mozku pochází z pokusů na zvířatech a mnoho z těchto objevů lze zobecnit i na mozek lidský. U lidských subjektů máme dnes k dispozici data z již zmíněných zobrazovacích technologií. Nadále se samozřejmě používají i tradiční metody, jako je EEG. Neurochirurgové získali řadu znalostí o fungování mozku také přímo při chirurgických výkonech. Při zákrocích v mozku je třeba zajistit, aby nebyly poškozeny nějaké důležité funkce v okolí operované tkáně, proto se tato oblast zkoumá pomocí slabé elektrické stimulace.
Funkčnost některých léčebných metod se ověří často až při její aplikaci – většinou jsou nasazena až u vážných případů rezistentních ke konvenční léčbě. Někdy se zjistí nečekané vedlejší účinky – například někteří pacienti s implantovaným stimulátorem pro léčbu příznaků Parkinsonovy choroby zakusili pocity euforie – stimulace začala neplánovaně zasahovat i centra zodpovědná za tyto emoce.
Co se týče dobrovolníků – často jde o studenty vysokých škol, kamarády výzkumníků, nebo i obyčejné lidi z ulice. Dobrovolníci se ale mohou účastnit pouze pokusů, které nejsou nijak nebezpečné, spíše jde tedy o různé psychologické testy apod. Řadu psychologicko–kognitivních testů si můžete samozřejmě vyzkoušet i sami na sobě, populární jsou například různé optické iluze. Jakékoliv amatérské pokusy s přímou stimulací mozku, například magnetickou, ale nemohu rozhodně doporučit.

Přesuňme se od lidského mozku ke druhému tématu souvisejícímu s kognitivní vědou, tedy k umělé inteligenci. Pomáhá větší znalost o fungování lidského mozku v konstrukci umělých inteligentních systémů? Nebo je přenos poznatků z jednoho oboru do druhého spíše zbožným přáním v době, kdy se do módy dostává mezioborovost?

Efektivní inspirací, kterou světu počítačů poskytla biologie, představují neuronové sítě, multiagentní systémy nebo algoritmy umělé evoluce (vyhovující řešení je hledáno pomocí křížení, mutace a selekce). Všechny tyto metody se ale využívají již poměrně dlouho. V současnosti se v oblasti umělé inteligenci rozhodně žádná změna paradigmatu nekoná, nedá se říci, že by například poznatky o lidském mozku získané pomocí magnetické rezonance přinesly nový pohled na vývoj expertních systémů.

To zní skoro jako kdyby vývoj umělé inteligence stagnoval…

Vůbec ne. Stále se objevují nové architektury neuronových sítí a rozšiřují se oblasti jejich aplikací. Bouřlivě se také rozvíjejí evolučních metody, objevují se první reálné systémy (obvody, antény, molekulární konfigurace atd.) navržené umělou evolucí, které jsou lepší než cokoliv, co by bylo možno navrhnout konvenčně.
Výrazným současným trendem jsou snahy o sémantické zmapování internetu, tj. označení obsahu dokumentů a mediálních souborů pomocí sítí přesně definovaných významových souvislostí (tzv. ontologií). To zjednoduší automatizované zpracování obsahu internetu pomocí vzájemně komunikujících softwarových agentů.
Obecně se projevuje stále silnější tendence směrem k distribuovanému řešení problémů pomocí systémů agentů komunikujících ve vyšších jazycích. Zde opět nacházíme inspirace z neurověd – i lidský mozek si můžeme zjednodušeně představit jako složitě komunikující mnohaúrovňový multiagentní systém.
V budoucnosti (spíše vzdálenější), by nám poznatky o fungování mozku mohly pomoci budovat umělé systémy, které nebudou řešit jen úzce specializované problémy, ale poradí si i s komplexností reálného světa.

Mohl byste upřesnit, co jsou to softwarové agenty a jak se liší od klasického kódu/programu? Kde se dnes používají?

Vlastností agentů obecně je autonomnost, tj. řídí sami sebe, rozhodují se jak zpracují zprávy, které k nim přicházejí a situovanost, tj. existují v nějakém prostředí, musí se v něm orientovat a v reálném čase reagovat na jeho změny. Příkladem takové agenta může být robot, který zkoumá povrch cizí planety a neřídí ho lidský tým. Softwarový agent je, který je autonomní a je situován do prostředí, kterým může být počítavá síť (např. internet), rozsáhlá databáze, model nějakého reálného prostředí apod.

Jaký je dnes „ekonomický potenciál“ neurověd? Existuje zde nějaký trh/soukromý sektor? Co všechno si můžu (legálně) objednat a používat, pokud nepůjde o léčbu?
…

Myslíte si, že se dočkáme doplňků, které budou mozku nejen léčit poškození, ale i přímo nové funkce přidávat? Budu třeba moci pomocí nějakého implantátu podobně jako včela vidět i v ultrafialové části spektra? Budu tímto způsobem moci zvládnout slovní zásobu cizího jazyka? Jaké jsou nejzajímavější projekty v této oblasti?

Asi vás zklamu. V současnosti, kromě již zmíněných léků zlepšujících kognitivní funkce, po pravdě řečeno nevím o žádném seriozním projektu, který by měl zdokonalit nebo přidat nové kognitivní funkce zdravým lidem pomocí nějakého typu implantátů. Vše je to zatím v oblasti spekulace, tady je ovšem prostor široký. Spekulovat můžeme například o tom, že se možná dočkáme zařízení, které zlepší či budou podporovat naši paměť, zlepší naši schopnost soustředění, zostří či doplní naše smysly. Opět ale půjde o vzdálenější budoucnost.
Mnohem reálnější jsou pokusy s tzv. extended reality. Přitom nejde o žádný zásah do mozku, ale použijí se technologie, které naše běžné vnímání, například zrak, doplní o informace zprostředkované počítačem. Tyto informace jsou promítány dovnitř speciální helmy, brýlí, či přímo na sítnici oka. Například voják vybavený takovým systémem může získá vedle vizuální informace o nějakém objektu i doplňující údaje, zda jde o nepřítele, čím je vybaven apod.

Úplná verze tohoto rozhovoru právě vychází v Business Worldu 10/2007.

autor Pavel Houser