Samoświadomość maszyn Wiesław Galus Umysł w działaniu W
advertisement
Samoświadomość maszyn Wiesław Galus Umysł w działaniu W poprzednim artykule/rozdziale starałem się zwrócić uwagę na duże znaczenie instynktu „ciekawości” wykazywanego przez organizmy żywe, a właściwie przez ich mózgi. Wskazywałem na korelację pomiędzy występującą „ciekawością” organizmów żywych przejawiającą się w eksploracji środowiska, motywacji do uruchamiania zasobów poznawczych, poszukiwania alternatywnych rozwiązań, a kształtowaniem (samo)świadomości. W literaturze przedmiotu niewiele jest odniesień do głównej tezy dotyczącej znaczenia ciekawości w kształtowaniu świadomości. I nie chodzi mi o to, iż przejawiana ciekawość przyczynia się do rozwoju inteligencji w rozwoju osobniczym. Ja upatruję w ciekawości jednego z głównych czynników kreujących świadomość. W dodatku jest to czynnik zupełnie niedoceniany, żeby nie powiedzieć, ignorowany. Z wyjątkiem kilku bardzo ograniczonych prób, nie analizowano sposobów modelowania „ciekawości” w maszynach ani potencjału, który jej implementacja tworzy. Przeglądając dostępną literaturę stwierdziłem, że temat ten traktowany jest po macoszemu. Dość rzadko występuje definicja „Ciekawości” w drukowanych dotychczas encyklopediach i to nawet specjalistycznych. Nie ma też wiele na ten temat w pracach czołowych kognitywistów, Cricka, Searle'a, Blocka., Damasio, Casacuberta, i innych. A przecież jakże inaczej wyglądałyby te same rozważania uwzględniające efekt działania tej podstawowej funkcji mózgu: (Samo)świadomość jest stopniowalna. Prymitywniejsze umysły mogą posiadać stany świadomego postrzegania bez świadomości tego, że są ich świadome. Pozbawione są refleksji dotyczącej własnej odrębności, będącej istotą samoświadomości. Dla umysłów o wyższej inteligencji dostępna staje się samoświadomość. Tu można spekulować o uświadomieniu sobie potrzeby bycia ciekawym i narzuceniu sobie zadania poznania środowiska w celu uzyskania poczucia bezpieczeństwa, dominacji, skuteczności działania itp. Znamy skuteczne strategie ewolucyjne, które pozwalają istnieć istotom o tak różnych stopniach świadomości. Jednakże, pod warunkiem, że ich umysły kształtowały się pod wpływem ciekawości. Ale jak to się realizuje!? Jakie jest materialne podłoże ciekawości? Oto pytania, na które należy znaleźć odpowiedź w celu zrozumieniu jak powstaje świadomość. Zdumiewającą hipotezę Cricka, że procesy myślowe są produktem mózgu, w świetle współczesnych badań można uszczegółowić, pamiętając, iż mózgi zwierząt tworzone są głównie przez astrocyty łączące się wzajemnie oraz z receptorami i efektorami przy pomocy neuronów. Można w uproszczeniu przyjąć, że w astrocytach i w synapsach neuronów rejestrowane są ślady chemiczne działalności mózgu, a bodźce elektryczne przewodzone są pomiędzy astrocytami głównie za pomocą neuronów. Taki podział funkcji astrocytów i neuronów sugeruje, iż pamięć długookresowa związana jest z chemicznymi stanami astrocytów oraz synaps neuronowych, a przetwarzanie informacji i pamięć krótkookresowa z ich stanami elektrycznymi oraz stanami pobudzenia elektrochemicznego neuronów. Zdolność logicznego przetwarzania w mózgu realizowana jest nie dzięki złożonym programom funkcjonowania poszczególnych astrocytów lub neuronów ale głównie poprzez odpowiednią strukturę licznych połączeń stosunkowo prostych elementów. Astrocyty, mając wpływ na 1 funkcjonowanie neuronów i na wzmacnianie lub blokowanie połączeń synaptycznych mogą dostosowywać tę strukturę połączeń do bieżących zadań i rezultatów dotychczasowych doświadczeń. W rezultacie struktura połączeń w systemie jest modyfikowana przez stany chemiczne astrocytów, a więc to sieć systemu, jako całość, jest siedliskiem pamięci. Struktura połączeń decyduje o wszystkich funkcjach mózgu jak rozpoznawanie złożonych bodźców, pamięć, selekcja, funkcje uogólniania informacji (generalizacji) i skojarzeń (asocjacji). Sposób połączeń neuronalnych i budowa mózgu pozwala wyodrębnić wyspecjalizowane pola, w których przetwarzane są docierające do nich sygnały w postaci elektrochemicznego pobudzenia astrocytów i elektrycznego pobudzenia prowadzących do nich neuronów. Badania neurologiczne odsłoniły zręby struktury mózgu i szlaków komunikacji pomiędzy poszczególnymi ośrodkami, które dają nam pogląd na niezwykły stopień komplikacji i jego piękno. Ta hierarchiczna struktura funkcjonalna znajduje odzwierciedlenie w warstwowej strukturze kory mózgowej a także w kolejności przekazywania informacji do kolejnych obszarów mózgu odpowiedzialnych za jego poszczególne funkcje. To tam dokonywane jest grupowanie bodźców w postaci pobudzeń grup komórek nerwowych, selekcja bodźców podlegających obróbce i rozpoznaniu na zasadzie mechanizmu konkurencji, asocjacje z podobnym lub powiązanymi bodźcami tworzące skojarzenia oraz ich uogólnienie (generalizacja). Uogólnienia te osiągają coraz wyższy poziom abstrakcji i umożliwiają tworzenie nowych modeli rzeczywistości lub nowych pojęć. Świadomość wzrokowa – rozpoznawanie obrazów Przykładem może być sposób powstawania obrazu w ludzkim bądź zwierzęcym mózgu. Poszczególne struktury nerwowe, do których przekazywane są sygnały wzbudzane przez bodźce otrzymywane z receptorów, wyspecjalizowane są w rozpoznawaniu specyficznych cech obrazu takich jak położenie punktów, linie pionowe i poziome, linie krzywe i ich sploty i przecięcia, kontury, specyficzne figury i wzory, kolory, ruch, itp. Struktury te tworzone są przez pola komórek siatkówki i pola neuronów otoczonych astrocytami będącymi odbiorcami tych sygnałów. Tworzą one pola mające formę map przestrzennych odtwarzających w pewnym stopniu przestrzenne rozmieszczenie komórek siatkówki oka (nazywamy je mapami retinoskopowymi). Sygnały z tych struktur przekazywane są w formie stanów pobudzeń impulsami elektrycznymi neuronów transmitujących impulsy elektryczne i elektrochemiczne do astrocytów. Stwierdzono także liczne połączenia aksonowe zwrotne do struktur wcześniej reagujących na bodziec a więc zakładamy, iż niżej znajdujących się w tej hierarchii przetwarzania. Informacje przekazywane są głównie w kierunku warstw korowych a następnie pól przetwarzających coraz wyżej umieszczonych w hierarchii przetwarzania. Stwierdzono jednakże intensywny zwrotny strumień informacji płynący ze struktur wyższego rzędu do struktur niższego rzędu. Może on zmieniać warunki percepcji, dostosowując je do warunków widzenia. Być może też, strumień ten odpowiedzialny jest za występujące sny, wspomnienia i wyobrażenia. Przyjmuje się, że ośrodki leżące wyżej w hierarchii przetwarzania integrują i analizują sygnały otrzymywane z wyspecjalizowanych struktur niższego rzędu. W ten sposób np. w ciele kolankowatym (jedna z licznych struktur mózgowych występująca u naczelnych) mogą być przetwarzane informacje ze struktur wyspecjalizowanych w rozpoznawaniu prostych składników obrazu. Można założyć, że ze składowych tych, poprzez sumowanie pobudzeń, tworzone będą kompleksy odpowiadające bardziej złożonym cechom obrazu. Można także przyjąć, że następuje stopniowe przejście od pól zajmujących się pojęciami i wydarzeniami ogólnymi do tych, które zajmują się unikalnymi, niepowtarzalnymi obiektami i zdarzaniami. Ta wysunięta przez Damasio hipoteza podchwycona jest przez Cricka, który wychodząc od opisu funkcjonowania pojedynczego pola wzrokowego, tak opisuje działanie tej hierarchicznej 2 struktury: „Każde pole tworzy nowe cechy danego obiektu, zestawiając cechy skonstruowane już przez inne pola (na ogół zajmujące niższe miejsca w hierarchii), które przesyłają sygnały do jego warstw środkowych. Idąc w górę tej hierarchii, przechodzimy na przykład od pola V1 kory mózgowej, które zajmuje się dość prostymi, powszechnie występującymi cechami bodźca wzrokowego (takimi jak orientacja linii składowych, np. krawędzi), do rejonów, których domeną są znacznie rzadziej pojawiające się obiekty, jak twarze, a w końcu docieramy do części kory związanej z hipokampem, reagującej na różne kombinacje sygnałów (zarówno wzrokowych, jak i innych), których przeważająca większość odpowiada pojedynczym, niepowtarzalnym zdarzeniom.” F. Crick: „Zdumiewająca hipoteza, czyli nauka w poszukiwaniu duszy” 1997., Pruszyński S-ka, Warszawa Łatwo wyobrazić sobie, iż tak przebiegający proces widzenia, rozpoznawania obrazu w formie pobudzenia elektrycznego komórek nerwowych, neuronów i astrocytów, pozostawi ślady pamięciowe, zarówno chemiczne w astrocytach, jak i w postaci zmiany struktury połączeń neuronalnych poprzez oddziaływanie na synapsy. O ile stany pobudzenia komórek identyfikować można z pamięcią krótkotrwałą, to wymienione wyżej ślady pamięciowe odpowiedzialne są za pamięć obrazową długotrwałą. Należy zwrócić uwagę na fakt, że na wyższych piętrach dokonujących przetwarzania informacji nie tworzy się nic, co odzwierciedlałoby obserwowany przez oko i rzutowany na siatkówkę obraz. Po prostu pobudzane są komórki nerwowe reprezentujące uogólnione symbole dostrzeganych cech obiektów. W ten sposób umysł rejestruje fakt rozpoznania składowych obrazu. Wyodrębnia je po charakterystycznych zestawach pobudzonych komórek rozpoznających bardziej elementarne cechy. Zorganizowanie tych zestawów następuje poprzez odpowiednie połączenia komórek zmysłowych (np. czopków lub pręcików siatkówki oka) z komórkami pól wzrokowych. Połączenia te odpowiadają zasadom grupowania sygnałów stosowanym w sieciach neuronowych imitujących działanie zmysłów, w tym widzenia. Mają one prawdopodobnie charakter wrodzony i tworzą się w okresie wzrostu mózgu. Komórki nerwowe wszystkich poziomów hierarchii pól wzrokowych nie przywiązują wielkiej wagi do tego, gdzie w polu widzenia występuje pobudzająca je cecha. Mimo tego, powstająca w mózgu symboliczna reprezentacja oglądanej rzeczywistości posiada doskonałą organizację przestrzenną pozwalającą na stworzenie jej pełnego, trójwymiarowego obrazu. Ciekawym przykładem takiego sposobu funkcjonowania mózgu jest tworzenie obrazu otoczenia na podstawie odbieranych odbitych sygnałów ultradźwiękowych w mózgu nietoperza. Sygnały te w żadnym razie nie odzwierciedlają przestrzennego kształtu otaczającego środowiska. A jednak ze skuteczności i sprawności poruszania się nietoperza w tym środowisku można wnioskować, że w jego mózgu tworzy się taki obraz. Podobny, choć nieco prostszy schemat działania, prowadzi do powstania przestrzennej sceny dźwiękowej w wyobraźni ludzkiej. Dzięki słyszeniu dwuusznemu jesteśmy w stanie odtworzyć ustawienie instrumentów w orkiestrze symfonicznej. Daleko nam jednak do zlokalizowania ćmy przelatującej przed sceną, choć dla nietoperza nie stanowi to problemu. Sygnały pobudzenia z niższych warstw, usytuowanych bliżej pól rejestrujących sygnały docierające bezpośrednio z komórek receptorowych, trafiają do komórek nerwowych wyższej warstwy lub też nowego pola wyżej umiejscowionego w hierarchii przetwarzania. Neurologiczny mechanizm tego pobudzenia nie jest klarowny, ze względu na niezbyt dobrze poznaną rolę astrocytów w tym procesie. Wcześniejsze prace wskazują na występowanie stanów pobudzeń neuronów łączących się z komórkami wysyłającymi te sygnały. Obecnie sugeruje się, że to właśnie astrocyty łączące się z neuronami wyższych warstw są adresatami tych sygnałów. Wydaje się uzasadnione przypuszczenie, iż niezależnie od szczegółowego mechanizmu, to komórka nerwowa (astrocyt lub neuron) przyjmuje także stan pobudzenia demonstrujący się zmianą charakteru wysyłanych sygnałów. Jej pobudzenie zależy od wielkości docierających sygnałów a także ich 3 synchronizacji w czasie. Stan pobudzenia objawia się zmianą charakterystyki częstotliwościowej generowanych impulsów elektrycznych lub, w przypadku astrocytów wstrzyknięciem porcji jonów wapniowych inicjujących przesyłanie sygnałów elektrochemicznych do innych komórek nerwowych. Ponieważ, jak stwierdzono, reakcja receptorów zależy od kontekstu, czyli od odbieranych sygnałów przez sąsiednie receptory (czopki lub pręciki siatkówki w przypadku widzenia), to można wnioskować, iż wyższe pola wzrokowe przesyłają sygnały zwrotne do komórek pól niższych. Sygnały te zmieniać mogą siłę połączeń synaptycznych doraźnie, a czasami trwale je wzmacniając, w czym upatruje się jeden z mechanizmów pamięci trwałej bądź też chwilowo je blokując, przez co tworzą zmienioną sieć połączeń a więc zmieniają warunki grupowania. Mogą w ten sposób zmieniać także warunki propagacji sygnałów, przez co ulec może zmianie charakter reagowania na docierające sygnały, przez co grupa komórek uzyska możliwość wykonywania złożonych operacji logicznych, podczas gdy pojedyncza komórka nerwowa zdolna jest do reagowania lub nie reagowania na pobudzenie. W sztucznych sieciach neuronowych odpowiada to zastosowaniu mechanizmu tzw. zwrotnej propagacji, to jest zwrotnemu przesyłaniu informacji o skutkach zmiany stanu sieci transmisyjnej do niższych pięter percepcyjnych. Sekwencja działań logicznych dokonywanych przez grupy komórek nie jest zdeterminowana przez algorytm procesora (odpowiednik procesora w ogóle tutaj nie występuje), a poprzez zmianę połączeń w systemie przekazywania informacji równolegle we wszystkich kanałach jej przetwarzania. Dynamika zmiany tych połączeń decyduje o możliwości reakcji na rozpoznawane obrazy. Aby zapewnić istnienie użytecznych życiowo korelatów nerwowych obserwowanych obrazów, konieczne jest właściwe zorganizowanie sieci połączeń na wyższych szczeblach hierarchii przetwarzania. Wytworzenie takiej sieci może być efektem uczenia się rozpoznawania obiektów w okresie rozwojowym. Dla zdobycia pełnego obrazu środowiska, w którym porusza się zwierzę konieczne jest skojarzenie obrazów rejestrowanych w bieżąco obserwowanej scenie z obrazami miejsc sąsiadujących przestrzennie lub czasowo. Obrazy te przechowywane muszą być w jego pamięci. Dla ich przywołania konieczne jest wysłanie wstecznych sygnałów pobudzających komórki niższych szczebli odpowiedzialnych za tworzenie tych obrazów w chwili ich rejestrowania. Pobudzenie ich spowoduje powstanie takiego samego wrażenia wzrokowego z przeszłości, przetwarzanego równolegle z obrazem aktualnie obserwowanym, przez co możliwe jest porównywanie tych obrazów, wyszukiwanie części wspólnych i inne zaawansowane operacje przetwarzania. Nie ma tu mowy o wysyłaniu tych sygnałów pobudzających na przykład bezpośrednio do receptorów. Wystarczy przywołać wrażenia rejestrowane na wyższych piętrach ich rozpoznawania, a poziom do którego sięga umysł wyznaczony jest przez stopień szczegółowości porównywania obrazów. Pobudzając zwrotnie komórki, w których przechowywany jest inny, lecz podobny obraz otoczenia, oraz obrazy obszarów sąsiadujących, umysł może stworzyć model otoczenia i określić swoje w nim położenie. Ale jaki mechanizm zmusza umysł do ciągłego pobudzania innych ośrodków w celu wygenerowania wrażeń wiążących się z aktualnie analizowaną informacją pochodzącą z pola widzenia? Mechanizmem tym jest „Ciekawość”. Ośrodek porównujący i tworzący obraz może wysyłać sygnały do efektorów powodujących poruszanie się zwierzęcia i zmuszających zwierzę do zmiany kąta widzenia, lepszej akomodacji oka, zbliżenia się do obserwowanego przedmiotu w celu uzyskania większej ilości informacji umożliwiającej jego rozpoznanie. Działanie tego „przymusu” poznania nazywam ciekawością. Przy takim zdefiniowaniu tej cechy zrozumiałe się staje, że nie jest to emocja jak dotychczas sądzono, lecz przemożny instynkt umożliwiający umysłowi zbudowanie modelu rzeczywistości. Oczywiście takiemu zachowaniu systemu rozpoznającego jakim jest zwierzę w tym aspekcie, mogą towarzyszyć emocje mające nawet fizjologiczne odwzorowanie. Stanie się tak, kiedy sygnał kierowany będzie również do efektorów w postaci gruczołów wydzielania dokrewnego. Wówczas 4 zachowanie zwierzęcia może zostać zdynamizowane poprzez wzrost poziomu adrenaliny, lub innych hormonów wpływających na jego sposób reakcji. Ciekawość zmuszać będzie zwierzę do aktywności zwiększającej jego potencjał poznawczy. Świadomość – rozpoznawanie stanów umysłu Jeśli ten hipotetyczny schemat tworzenia i rozpoznawania obrazu zaakceptujemy, dlaczego mielibyśmy nie rozszerzyć tego schematu na tworzenie pojęć i odczuć o wyższym stopniu abstrakcji? Na tej drodze mogą być rozpoznawane inne sygnały. Na przykład dźwiękowe, zapachowe, dotykowe i wszelkie inne. W ten sposób mogą być także rozpoznawane struktury złożonego języka logicznego. Na tej drodze wreszcie, mogą być także rozpoznawane bardziej złożone stany umysłu odpowiadające pojęciom abstrakcyjnym, takim jak symetria, piękno, poczucie znajomości obiektu, a także stany emocjonalne, takie jak strach, czyli poczucie nieznajomości obiektu lub sytuacji, zachwyt lub dobro, zło czy miłość. Synchronizacja sygnałów o podobnym charakterze z grup komórek nerwowych (prawdopodobnie astrocytów) przechowujących informacje o podobnych obiektach pozwala na uzyskiwanie wzmocnionych lub osłabionych sygnałów, które jeśli osiągną wymagane progi pobudzenia, to zapamiętane zostaną jako uogólnienie informacji zawartej w tych grupach komórek. Także natężenie biegnących z różnych grup komórek sygnałów może powodować dominacje prowadzonych równolegle procesów przetwarzania dotyczących określonej grupy informacji. Odpowiadać to będzie „skupieniu uwagi” na myśleniu na określony temat. Spodziewać się można, że w mózgu istnieje „ośrodek uwagi”, to jest kolejne pole, w którym skupiają się komórki zapamiętujące wrażenie „skupienia uwagi” i które mają zdolność wysyłania sygnałów blokujących częściowo informację płynącą z innych, konkurencyjnych ośrodków. Istnienie takiego ośrodka uwagi radykalnie wzmocniłoby działanie konkurencji sygnałów. Wówczas zasada „zwycięzca bierze wszystko”, wynikająca z progowych właściwości komórek odbierających sygnały, spotęgowana byłaby działaniem tego centralnego ośrodka. W efekcie, umysł uzyskałby możliwość niezwykłej koncentracji na wykonywanym zadaniu. Ośrodki wysokiego poziomu, reprezentujące stany umysłu nie muszą być tak liczne, jak komórki wszystkich pól, w których przetwarzane są kolejne fazy rozpoznawania informacji. Ze względu na hierarchiczną strukturę, blokowane mogą być tylko sygnały z obszarów odpowiedzialnych za pośredni stopień uogólnienia informacji. Chyba że z pól niżej umieszczonych w hierarchii przetwarzania, mimo blokady, przebiją się sygnały tak silne, że uwaga przełączy się na nowy problem, poszukując znów zespołów sygnałów o ustalonym wzorcu odpowiadającym innej komórce symbolizującej znany już obiekt. Dotarcie tego wzorca do adresata, może wygenerować sygnał do ośrodka uwagi koncentrując ją na nowym zadaniu. Ciekawość, poszukując alternatywnych rozwiązań, porusza i uruchamia różne przypadkowe struktury pamięciowe, które wstecznie pobudzają pola wcześniejsze, a te z kolei wytwarzają wrażenia przypominane. Prawdopodobnie nieustannie pobudzane są równolegle prawie wszystkie struktury dolnych poziomów. Odpowiada to procesowi „eksploracji otoczenia”, jednakże prowadzonemu w naszej wyobraźni. Równoległe pobudzenie różnych ośrodków wywoływać może nawet odległe skojarzenia, jeśli tylko umysł odnajdzie połączenia, którymi prześle sygnały pobudzające. Wyobraźmy sobie przywoływanie skojarzenia: czerwone wiśnie – kwaśny smak. Spowodowane ono może być wysyłaniem sygnału z komórki pobudzanej na widok wiśni, to jest w momencie jej rozpoznania. Przesłanie sygnałów do niższych pięter pól wzrokowych przywołać może obraz wiśni. Przesłanie sygnałów do wyższych poziomów hierarchii a stąd do ośrodków smaku przywołać może poczucie smaku słodko-kwaśnego. Impuls początkowy może też zostać wygenerowany przez struktury logiczne języka. Może to być efekt wyszukiwania np. rzeczowników i przyporządkowywania im cech. Nawet jeśli jest to tylko zabawa logiczna w sferze 5 nazw lub cech ich zapisu, możliwe jest w każdej chwili włączenie marzeń i przywołanie wyobrażenia owocu i jego smaku. Wywoływane w wyobraźni wrażenia docierają do wyższych pięter, gdzie sumowane i porównywane, w zależności od wyniku przesyłane są do pól i rejonów uogólniających. Ośrodki odpowiedzialne za abstrakcyjne myślenie przeprowadzają proces kojarzenia asocjacyjnego, po czym zapamiętują je jako wrażenia wyższego rzędu, takie jak „poczucie rozpoznania”, „zrozumienie”, „model”, „satysfakcja twórcza” itp. Tworząc zestawienia odtwarzanych wrażeń, nie występujące w doświadczanej rzeczywistości, umysł doprowadza do kreacji nowych modeli. Tak objawiać się mogą zdolności twórcze. Dla zaistnienia dynamicznej aktywności pobudzającej umysł do tych twórczych skojarzeń musi występować „ciekawość”, jako wykraczanie poza zakres sygnałów aktualnie porównywanych. Działać ona będzie poprzez wysyłanie wstecznych sygnałów pobudzenia do różnych struktur wykazujących pokrewieństwo (połączenia) ze strukturami pamiętającymi problem aktualnie przetwarzany. To wysyłanie sygnałów musi być wrodzoną koniecznością, dlatego „ciekawość” tak zrodzoną, nazwać można instynktem. Ma ona charakter nieuświadomiony, działa automatycznie i poniekąd chaotycznie. Ciekawość tak zdefiniowana odpowiada ciekawości perceptualnej (według Berlyne) lub fizycznej (Dewey). Powyższa interpretacja jej funkcjonowania nadaje definicji Dewey'a nowy sens. Aby umysł miał dostęp do zapamiętywanych stanów umysłowych, tworzone muszą być połączenia neuronowe struktur pamięciowych odpowiedzialnych za rejestrację tych stanów ze strukturami na wyższych piętrach, które tworzą następnie nową kombinację tych stanów, odpowiadającą bardziej złożonym stanom umysłu. Te bardziej ogólne stany umysłu odpowiadające procesowi generalizacji są zapamiętywane w nowych, jeszcze wyższych polach. Połączenia te muszą mieć kanały zwrotne, umożliwiające komórce z wyższego piętra pobudzenie zespołu z piętra niższego, przez co wygenerowane zostanie wrażenie, lub stan umysłu podlegający ponownemu przetworzeniu: zapamiętaniu i porównaniu logicznemu z innymi sygnałami. Sygnały te płyną z równolegle działających struktur przetwarzających inne informacje, ale przynajmniej ze względu na synchronizację czasową, powiązane są z analizowanym właśnie sygnałem. Ta synchronizacja czasowa i koordynacja przestrzenna prawdopodobnie jest istotnym elementem mechanizmów grupowania. Następuje oczywiście naturalna konkurencja tych sygnałów o „uwagę”, jak to opisano powyżej. To właśnie wysyłane do niższych struktur sygnały wspomagane przez procesy modyfikacji sieci połączeń komórek pamięciowych, które dynamicznie zmieniają transmisję tych połączeń, tworzyć mogą emergentne zjawisko ciekawości całego układu integralnie wynikające z jego struktury. Jest to nowa funkcja tych komórek pamięciowych, które odpowiedzialne są za przechowywanie fundamentalnych informacji o zaistnieniu i ciągłości świadomości. Astrocyty, bo o nich tu mowa, dysponują możliwością kreowania nowych połączeń neuronowych, jak również ich unicestwiania lub blokowania a prawdopodobnie, oddziałując na synapsy, mają możliwość radykalnej zmiany charakterystyki propagacji sygnałów wewnątrz mózgu. Może się to odbywać na wielu drogach, chociażby poprzez wpływanie na powstawanie osłonek mielinowych polepszających warunki transmisji sygnałów w aksonach. Stwierdzono także liczne podziały astrocytów a przez to tworzenie nowych komórek pamięciowych i nowych szlaków przekazywania informacji. Szlaki te prowadzić mogą do innych, wysoce wyspecjalizowanych struktur mózgowych. W mózgach żywych organizmów nowym rodzajom rozpoznawanych wrażeń towarzyszy nie tylko powstawanie nowych struktur zdolnych do zapamiętywania tych wrażeń, ale przede wszystkim powstawanie nowych połączeń pomiędzy komórkami w jakikolwiek sposób powiązanymi ze strukturami, w których te wrażenia są zapamiętywane. Powiązania te, być może 6 powstają na zasadzie bliskości przestrzennej, ponieważ uogólnione wrażenia lokowane są w sąsiedztwie struktur zajmujących się podobnymi „zagadnieniami”. Mogą w ten sposób powstawać pola zawierające „mapy problemów”, którymi zajmuje się mózg, analogiczne do tych tworzonych dla przetwarzania sygnałów wzrokowych i rozpoznawania obrazów (mapy retinoskopowe). Jedynym, jak dotychczas uzasadnieniem tej hipotezy, jest poszukiwanie prostoty rozwiązań, pamiętając o ewolucyjnej genezie mózgów zwierzęcych. Mózgi zwierząt ewoluowały w kierunku umożliwiającym im odgadywanie najbardziej wiarygodnej interpretacji otrzymywanych bodźców i danych przechowywanych w ich pamięci przy pomocy jak najprostszych środków. Wykorzystanie bliskości przestrzennej wydaje się bardzo prostym lecz jednocześnie skutecznym środkiem. Sąsiedztwo pól odpowiedzialnych za rozpoznawanie złożonych pojęć może mieć bardzo istotne znaczenie dla ich kojarzenia, dzięki łatwości ich pobudzania generowanymi przez astrocyty falami jonów wapniowych, które są podstawowym środkiem komunikacji astrocytów praktycznie ze wszystkimi sąsiednimi astrocytami. Wspólna lokalizacja komórek nerwowych odpowiedzialnych za zapamiętywanie i przetwarzanie pojęć ogólnych i abstrakcyjnych sugeruje istnienie na najwyższym szczeblu hierarchii specjalnego ośrodka tych pojęć. Wydaje się naturalne, że zapamiętane tam korelaty neuronowe pojęć wykorzystane mogą zostać do realizowania innych, ważnych życiowo funkcji. Oczywiście nie stoi to w sprzeczności z faktem, że pobudzając grupy komórek związanych z konkretnym pojęciem, wrażeniem czy obrazem, pobudzamy równocześnie komórki w innych ośrodkach, do których szlak przekazywania bodźców został wcześniej ustalony. Należy przypuszczać, że dzieje się tak za pośrednictwem struktury hierarchicznej. Tak więc spodziewać się można, że „drzewu” powiązań pól przetwarzania „w górę” towarzyszy „drzewo” powiązań zstępujących do innych ośrodków, a tam w dół hierarchii przetwarzania. System wyposażony może być w „generator mowy”, czyli ośrodek przetwarzania, który tworzyć może symbole odpowiadające zestawom stanów struktur pamięciowych na najwyższym szczeblu przetwarzania. Jeśliby ośrodek uwagi połączony był z takim „ośrodkiem”(generatorem) mowy, to każdorazowo, gdy pobudzona jest określona struktura pamięciowa na skutek wysłania sygnału przez ośrodek uwagi, generator „wypowiadałby” odpowiadające mu „słowo”(symbol). Wystarczyłoby to dla systemu mającego za zadanie rozpoznawanie obiektów, procesów, problemów i ich sygnalizowanie. Trudniejszym zadaniem będzie „nauczenie” porozumiewania się ze zrozumieniem celu. Żeby to osiągnąć, system musi rozpoznawać sekwencję zdarzeń, czyli musi umieć uszeregować otrzymywane bodźce według kolejności ich pojawiania się. Dla praktycznych celów, to ustalenie kolejności powinno być umiejscowione w czasie. Wówczas będzie możliwe definiowanie relacji czasowych pomiędzy zdarzeniami i w efekcie wprowadzenie reguł składni sygnalizujących te relacje. Relacji czasowych dostarcza nam kojarzenie obserwowanych zdarzeń z sygnałami dźwiękowym rejestrowanymi przez uszy. Kolejność docierających dźwięków, szczególnie pojawiających się rytmicznie, pozwala nadać wymiar czasowy obserwowanym równocześnie zjawiskom z dużo lepszą precyzją. Zbieżne jest to z wymaganiami jakie stanowi rozpoznawanie mowy. Receptory słuchu zdolne są do przekazania informacji pozwalających polom wyższego rzędu wyodrębniać fonemy i morfemy, a z nich składać wyrazy zapamiętując ich kolejność w czasie. Pola zapamiętanych wyrazów bez wątpienia łączą się z polem „generatora mowy”, w którym przechowywane są instrukcje wydobywania dźwięków odpowiadających rozpoznawanym fonemom. Ich połączenie we właściwej kolejności generować może słowa zrozumiałe jako język komunikacji. Należy przypuszczać, iż osobniki dysponujące umiejętnością pisania mają trwale skojarzone odpowiednie komórki kolejnego pola pamięci. Pamięci symboli określających litery, sylaby, wyrazy odnoszące się do zapamiętanych słuchowo ich brzmień. I wreszcie wszystkie te pola muszą mieć możliwość wymiany sygnałów koincydencyjnego pobudzenia z polem wrażeń definiowanych przez stany pobudzeń komórek sygnałami docierającymi poprzez receptory i niższe pola ze świata zewnętrznego. Niewykluczone, że oprócz pól zawierających elementarne składowe, litery i fonemy, w wymienionych powyżej polach zapamiętywane są całe słowa a nawet określenia 7 pasujące do rozpoznawanych w polach receptorowych obiektów. Olbrzymia pamięć, jaką dysponuje mózg zwierzęcy umożliwia rozrzutność tworzącą olbrzymią redundancję, ale ułatwiającą i przyśpieszającą komunikację. Zdolność lokalizowania zdarzeń w czasie jest niezbędna dla świadomości własnej historii. Toteż zazwyczaj „zdajemy sobie sprawę” i zapamiętujemy w jakim czasie nastąpiło dane zdarzenie. Dla zjawisk trwających krótko wystarczy zapamiętanie sekwencji zdarzeń. Bezwzględny upływ czasu ma wówczas charakter subiektywny. Dla rejestracji zdarzeń w pamięci trwałej konieczne jest odniesienie zdarzenia do innych zjawisk cyklicznych. Pobudzając struktury przypominające to zdarzenie pobudzamy równocześnie komórki z nim kojarzone. Uzyskujemy w ten sposób możliwość określenia bezwzględnego terminu zajścia tego zdarzenia. Operowanie symbolami reprezentującymi rozpoznane zjawiska odpowiada stosunkowo prymitywnemu poczuciu świadomości. Jak już wielokrotnie wspominałem, świadomość jest stopniowalna a jej przyrost skorelowany jest z rozwojem języka komunikacji oraz zdolnościami poznawczymi, które z kolei napędzane są „instynktem ciekawości”. Toteż rozwinięcie języka logicznego pozwala uzyskać wyższy stopień świadomości nazywany samoświadomością, poczuciem własnego „Ja”, zdawaniem sobie sprawy z własnej odrębności. Możliwe, że pewien stopień samoświadomości jest dostępny także dla istot operujących jedynie najprostszym językiem symbolicznym. Przecież łatwo sobie wyobrazić spostrzeżenie konsekwencji własnego zachowania w złożonym środowisku nawet bez werbalizacji własnych odczuć. Jednakże wyobrażenia takie zawsze będą miały charakter subiektywny i spekulatywny, ponieważ brak języka komunikacji wzajemnej uniemożliwia rozpoznanie stopnia takiej świadomości. Do czego umysł wykorzystuje ciekawość? Umysł ciągle poszukuje wzorców charakteryzujących się tym, że stany pobudzeń komórek niższych poziomów wykazują podobieństwo do zespołu bodźców aktualnie generowanych przez zmysły lub przez wyobraźnię pobudzoną mechanizmem ciekawości. Oznacza to nieustanne poszukiwanie podobieństw. Grupa bodźców musi być czemuś przyporządkowana. To także jest objaw ciekawości. Nieprzyporządkowany niczemu obiekt przyciąga uwagę umysłu. Zmysły próbują uzyskać na jego temat więcej informacji. Np. w ciemnym lesie majaczące w mroku cienie muszą być rozpoznane jako drzewa, krzaki, zwierzęta. Póki tak się nie stanie, to staramy się im przyjrzeć, chyba, że nierozpoznane, budzą strach, i wówczas staramy się od nich oddalić. Jeśli są to bodźce wewnętrzne, generowane przez niższe pola mózgowe, to umysł także stara się nadać im znaną już formę. Dlatego w marzeniach sennych rozpoznajemy oglądane już elementy świata, choć dalekie od realności. Na wyższym poziomie abstrakcji, gdy nasze myślenie dotyka pojęć ogólnych, przyporządkowanie tych pojęć do jakiegoś modelu wytłumaczenia zjawiska pozwala zestawiać złożone konstrukcje teoretyczne i logiczne owocujące powstawaniem całych dziedzin wiedzy, tworzących opis złożonych zjawisk przyrodniczych. Dążenie do ciągłego uzupełniania bazy wyobrażeń, pojęć, modeli niezbędnych do kompletnego opisu rzeczywistości w sposób zgodny z obserwowanymi faktami jest siłą napędową rozwoju nauki. Wreszcie przesyłanie sygnałów zgodności poszczególnych opisów podnoszących różne aspekty zjawiska daje poczucie zrozumienia. Póki takiego poczucia nie osiągniemy, to umysł koncentruje się na tym zadaniu. Intensywność myślenia osiąga najwyższy poziom. Ujawniają się tutaj znane nam funkcje mózgu, a jest to nie tylko kategoryzacja ale i uogólnienie (generalizacja) oraz myślenie asocjacyjne, poszukiwanie skojarzeń, podobieństw w różnych aspektach. Tu przydatna jest ciekawość uświadomiona czyli sformułowana językowo intelektualna potrzeba poznania. Takie pojęcie ciekawości odpowiada „ciekawości epistemicznej” według klasyfikacji 8 Berlyne lub „intelektualnej” według Dewey'a. Można przyjąć, że to poczucie zrozumienia rejestrowane jest także w odpowiednim ośrodku zrozumienia grupującym komórki nerwowe „zrozumienia” podobnie jak „komórki babci” znane z opisów naszego widzenia i rozpoznawania obrazów. Dysponując modelami rzeczywistości dającymi poczucie zrozumienia własnej pozycji w środowisku i własnej odrębności tworzymy nowy zestaw pobudzeń komórek najwyższego rzędu odpowiadający wrażeniu świadomości. Oczywiście poczucie takie także może być zapisane w odrębnej „komórce świadomości”, której stan pobudzenia w jakimś momencie czasowym, będzie nam przypominał, że jesteśmy świadomi. Swoboda wyboru tego momentu oraz pamięć o tym, że już taki sygnał odbieraliśmy będzie rejestrowana jako „trwałość bytu” i oczywiście zapisana w komórce „trwałości bytu”. Czy szereg ten nie ma końca? Dla nas ludzi, już się prawdopodobnie kończy łańcuch abstrakcyjnych uogólnień. Jednakże dla istot od nas lotniejszych, dysponujących większym potencjałem intelektualnym, możliwe są wyższe stany kontemplacji świata. Poczucie „jedności ze światem”, „nirwana” itd.. Sztuczna świadomość Jakie procesy przesyłania informacji pomiędzy strukturami mózgu towarzyszą tym zjawiskom? Czy jesteśmy w stanie skonstruować elektroniczny model mózgu przejawiający ciekawość, świadomość i inne stany umysłu charakterystyczne dla mózgów istot żywych? Badania nad sztuczną inteligencją wykazują oszałamiające postępy. Skonstruowano wiele maszyn wykonujących zadania, do wykonania których człowiek używa inteligencji. Osiągnięto znaczące rezultaty w rozwinięciu systemów sztucznego widzenia i rozpoznawania obrazów. Zbudowano urządzenia do odczytywania pisma, generacji mowy ludzkiej oraz dokonywania tłumaczeń pomiędzy różnymi językami (choć na razie na niesatysfakcjonującym poziomie). Systemy eksperckie stawiają diagnozy przewyższające celnością zespoły ludzkich specjalistów. Maszyny sterowane sztuczną inteligencją wykonują samodzielnie, złożone misje nie wymagając ciągłej, bezpośredniej ingerencji człowieka. Gry komputerowe symulują zachowanie występujących w nich bohaterów, miast i całych krain fantastycznych. Jednakże zdajemy sobie sprawę, że brakuje im rozumienia zadań, które wykonują oraz poczucia odrębności ich własnego „Ja” tak charakterystycznego dla samoświadomości. Większość tych systemów to systemy algorytmiczne. Nie istnieją dotychczas algorytmy symulujące stan świadomości. Istnieje uzasadnione podejrzenie, że na drodze algorytmicznej nie będzie możliwe uzyskanie takiego stanu. Naszym środowiskiem jest Świat w całej swej złożoności. Bogactwo świata, obejmuje zjawiska wysoce chaotyczne a więc niedeterministyczne. Do zbudowania modelu rzeczywistości, który pozwoliłby określić i zrozumieć nasze miejsce w tym środowisku, potrzebne byłyby procedury tworzące opis równie złożony i niedeterministyczny. W ostatnich latach znaczącego postępu w naśladowaniu procesów przebiegających w umysłach istot żywych dokonano w dziedzinie sieci neuronowych kognitywnych. Architektura tych sieci w dużej mierze przypomina, a lepiej powiedzieć intencjonalnie naśladuje budowę mózgu. Większość tych sieci składa się ze stosunkowo prostych elementów – komórek, połączonych wzajemnie w sposób umożliwiając przesyłanie sygnałów do dużej liczby podobnych komórek odpowiadających neuronom. Własności przetwarzania sygnałów determinowane są strukturą sieci połączeń neuronów. Połączenia te mogą mieć zmienną charakterystykę transmisji poprzez elementy, zwane przez analogię z mózgiem, synapsami. Sieci posiadają budowę warstwową, od niższych poziomów sprzężonych z receptorami do poziomów wyższych. Posiadają one możliwość przekazywania bodźców reprezentujących stany mentalne w górę hierarchii od pól sprzężonych z receptorami do wyższych poziomów przetwarzania. Stany mentalne to konfiguracje stanów pobudzeń neuronów docierające do komórek wyższej warstwy. Są one wyznaczane przez matryce określające stany blokowania lub transmisji synaps, które zapamiętywane są w pamięci trwałej. Przekazywane w ten 9 sposób do wyższych warstw informacje o odbieranych wrażeniach tworzą drzewiastą strukturę odpowiadającą hierarchicznej organizacji wzorców mentalnych. Taką budową odznacza się np. tworzona sieć kognitywna w ramach projektu „The Novamente AI Engine” (Goertzel 2006). Sieci te podzielone są zwykle na ośrodki wyspecjalizowane w przetwarzaniu informacji o specyficznych właściwościach dotyczących zróżnicowanych aspektów i różnych stopni uogólnienia strumienia stanów mentalnych płynących z niższych poziomów. Umożliwiają one wymianę i kojarzenie pojęć lub wrażeń o różnym stopniu uogólnienia dotyczących różnych aspektów odbieranej przez receptory i analizowanej rzeczywistości. Sieci te uczone są rozpoznawania wzorców obiektów, obrazów, symboli poprzez technologię uczenia „pod nadzorem” lub „z krytykiem”. Są też próby wyposażania sieci o architekturze symbolicznej w bazy danych zawierających olbrzymią ilość informacji o świecie o charakterze encyklopedycznym (baza CYC). Większe perspektywy stwarzają systemy o architekturze emergentnej. Baza danych/wzorców powstaje w nich w procesie uczenia. Możliwe jest także łączenie zalet obu rodzajów architektury w systemach mieszanych (architektura hybrydowa). W tych zaawansowanych systemach, podobnie jak w mózgu ludzkim świadomość wyłania się emergentnie, jako proces tworzenia wzorca środowiska i zadań realizowanych przez system. Realizowanych jest obecnie wiele projektów, których zadaniem jest uzyskanie inteligentnych systemów rozpoznawania i reagowania na złożone bodźce w dynamicznie zmiennym środowisku. Ich inteligencja zapewnia olbrzymią skuteczność, niezawodność i elastyczność, czyli dostosowanie reakcji do zmian warunków realizacji. Aczkolwiek wykonywanym przez te systemy funkcjom przypisujemy cechę świadomości „doznawanych” wrażeń, to jednak w dalszym ciągu ich świadomość nie przypomina ludzkiej. My mamy świadomość, iż świadomość zaprojektowanych przez nas systemów różni się od naszej. Brak jest samoświadomości i zrozumienia wykonywanych funkcji, nawet gdy ich skuteczność przewyższa działania ludzkie w danych warunkach. Klucz do różnicy w zachowaniu człowieka i maszyny tkwi w dopisku „w danych warunkach”, bowiem nie możemy być pewni jak sobie poradzi system w warunkach odbiegających od tych, które dotychczas zakładaliśmy. Na pozór wydaje się, że wszystkie warunki do osiągnięcia wysokich stanów samoświadomości są spełnione. Systemy wykonują inteligentne funkcje kategoryzacji, selekcji, kojarzenia i generalizacji, rozpoznają i generują mowę ludzką. Posiadają wspomniane wyżej cechy architektury sieci neuronowej wzorowane na budowie ludzkiego mózgu. Budowane są rozległe sieci zawierające znaczącą liczbę komórek i jeszcze większą liczbę synaps. Stosowane są wyszukane funkcje modulacji synaps ze sprzężeniem zwrotnym obejmującym pojedyncze komórki lub warstwy a także mechanizmy wstecznej propagacji błędów. Odznaczają się pamięcią epizodyczną i długoterminową zarówno rozproszoną jak i zlokalizowaną lub modularną. W pamięci epizodycznej dochodzi do synchronizacji lub rezonansu stanów mentalnych z różnych ośrodków, pozwalających na kojarzenie różnych aspektów pojęć i zdarzeń. Jednakże efekty, mimo wieloletnich starań nie są zadowalające. Może się wydawać, że to zbyt ograniczone zasoby pamięci i komórek w warstwach przetwarzania tworzą ograniczenie dla wypełniania tych wyższych funkcji. Że postępy technologii prowadzące do zwiększenia złożoności sieci, zwiększenia liczby warstw i komórek analizujących w poszczególnych warstwach, lub też połączenie w większą całość struktur wykonujących dotychczas różne funkcje, doprowadzi do osiągnięcia celu niejako samoistnie. Ta hipoteza ekstensywnego wzrostu skali może prawdopodobnie doprowadzić do zamierzonego skutku. Jednakże wielu badaczy, kognitywistów uważa, że to nie w złożoności mózgu kryje się problem i nie w skali liczby jego komórek i połączeń. Zresztą technologia miniaturyzacji podzespołów elektronicznych już w najbliższym czasie pozwoli na gęstość upakowania pamięci porównywalną do systemów biologicznych. Można także minimalizować wymagania na układy przetwarzania zmniejszając szczegółowość i rozdzielczość analizowanych sygnałów. Sztuczny świat sztucznej inteligencji 10 będzie nieco uboższy, ale obrazy można rozpoznawać przy rozdzielczości 200x300 pikseli, nie koniecznie w jakości HD. Uważa się, że brak nam zrozumienia gdzie i jak tworzy się samoświadomość lub, że brak nam jakiegoś czynnika, który sprawi, iż takowa nagle się pojawi. Próby tłumaczenia, że niedostateczny rozwój technologii i stopień złożoności budowanych dotychczas sieci kognitywnych jest wyłączną przyczyną ich gorszych rezultatów w porównaniu z mózgiem ludzkim nie wytrzymuje krytyki. Hipoteza o niezbędności instynktu ciekawości dla osiągania samoświadomości W artykule „Postrzeganie, świadomość, samoświadomość, inteligencja”, zwróciłem uwagę na pewien szczególny niedostatek budowanych dotychczas kognitywnych sieci neuronowych. Jedną z cech, w którą wszystkie one konsekwentnie nie zostały wyposażone, jest zainteresowanie tym co robią, co jest równoznaczne z brakiem „ciekawości”. W artykule niniejszym przedstawiam hipotezę, że uzyskanie świadomości jest naturalnym procesem, jeśli zdamy sobie sprawę z roli instynktu „ciekawości” tworzącego wewnętrzną motywację do realizowania funkcji poznawczych. Sztuczny mózg musi być wyposażony w mechanizm penetracji zasobów pamięciowych nazywany mechanizmem „ciekawości”. Musi mieć zdolność podążania za asocjacjami znaczeniowymi we własnej pamięci, wykraczania poza teren, na którym był szkolony, wykraczania poza obszar problemowy aktualnie rozpatrywany i sięgania po nowe zadania, które same sobie formułuje. Wydaje się, że predestynowane do takich zadań są złożone, wielowarstwowe sieci posiadające zdolność elastycznej modyfikacji swojej struktury. Komórki takiej sieci (neurony) powinny mieć możliwie prostą strukturę i reagować skokowo na pojawiające się bodźce na wejściach dając na wyjściu stan występowania lub braku pobudzenia. Synapsy, umożliwiając lub blokując transmisję sygnałów, praktycznie modyfikowałyby strukturę sieci, włączając bądź odcinając komórki niższej warstwy. Niewykluczone, iż celowe będzie rozdzielenie funkcji zapamiętywania wzorców stanów w postaci matryc włączenia synaps, poprzez wprowadzenie towarzyszącym neuronom „astrocytów”, czyli komórek pamięci trwałej. Wówczas to one stanowiłyby pamięć trwałą zapamiętując stany mentalne. Stany pobudzeń neuronów stanowiłyby pamięć epizodyczną współpracującą z górnym piętrem pól przetwarzania informacji o większym stopniu uogólnienia. Trzy mechanizmy mogą być odpowiedzialne za realizację funkcji „ciekawości”. Pierwszy to automatyczny mechanizm eksploracji zasobów pamięciowych poprzez wysyłanie fal pobudzeń do niższych struktur bliższych neuronom czuciowym. Drugi, to automatyczny mechanizm pobudzeń komórek sąsiednich szczególnie astrocytów zawierających informację trwale zapamiętane. Powodować on będzie rodzaj dyfuzji bodźców docierających do określonej grupy komórek, w których przechowywana jest pamięć o powiązanej grupie obiektów, pojęć, zdarzeń itp. Przypomnieć tu należy prezentowaną powyżej hipotezę o korelacji przestrzennej wrażeń i pojęć o podobnym charakterze. Trzeci mechanizm to długodystansowe pobudzenie astrocytów przechowujących informacje w jakikolwiek sposób powiązane z problemem znajdującym się w polu uwagi. Powiązanie owe oznacza istnienie wytworzonych uprzednio szlaków przekazywania informacji pomiędzy tymi strukturami. Szlaki te powstać mogą w procesie uczenia się i rozwoju sieci a także w wyniku doświadczeń behawioralnych lub eksperymentów myślowych, wyobrażeń itp. Tak pobudzone odległe astrocyt mogą stać się źródłami nowych spontanicznych fal pobudzeń astrocytów sąsiednich, przez co powstawać mogą nowe, nawet najbardziej zaskakujące skojarzenia. Pobudzenia struktur trwałej pamięci w pobliżu neuronów czuciowych generuje zwrotną, wstępującą falę bodźców ze wszystkich tych obszarów. Powstaje strumień pobudzeń do kolejnych warstw porównujących, selekcjonujących i uogólniających a przez to kompresujących płynącą 11 informację. Sztuczny umysł, realizuje te funkcje poprzez przesyłanie stanów pobudzeń komórek pomiędzy kolejnymi warstwami i polami przetwarzania i zapamiętywania tych stanów w ramach hierarchicznej struktury tych pól, od receptorów aż do ośrodków pojęć najbardziej ogólnych. Tworzy się w ten sposób „drzewo” połączeń od pól czuciowych, rozpoznających obrazy wzrokowe i sygnały generowane przez inne zmysły aż do pól pojęć najbardziej ogólnych oraz charakteryzujących stany umysłu takie jak satysfakcja, zrozumienie i właśnie samoświadomość. Aby uzyskać możliwość wykonywania podstawowych funkcji umysłu, mózg musi stworzyć sieć przekazywania zwrotnych sygnałów o modyfikacji tego systemu połączeń. Tworzone musi być zwrotne drzewo połączeń od pojęć ogólnych do komórek w polach odpowiedzialnych za rozpoznawanie najbardziej elementarnych cech rejestrowanych w receptorach obrazów. Ta sieć, oprócz sygnałów modyfikujących jej strukturę na zasadzie mechanizmu wstecznej propagacji, musi przekazywać sygnały pobudzeń od pól pojęć ogólnych do pól leżących niżej w hierarchii. Pobudzenia takie odpowiedzialne są za odtworzenie wrażeń recepcyjnych z pamięci, umożliwiających ich porównanie z obrazami aktualnie analizowanymi a przez to ich rozpoznawanie. Zgodność tworzonego modelu rzeczywistości z konstruktami generowanymi przez wrażenia z pamięci daje możliwość konstruowania modelu rzeczywistości wyższego rzędu a przez to określenie własnego położenia w środowisku. Właściwa sieć połączeń umożliwiająca zapamiętywanie i przetwarzanie złożonych informacji wymagać będzie uczenia we wszystkich formach stosownych dotychczas w treningu kognitywnych sieci neuronowych. Może tu być stosowane uczenie pod nadzorem, w celu wprowadzenia bazy pojęć o świecie skojarzonej z ich reprezentacjami mentalnymi wprowadzanymi przez zmysły. Dalej spontaniczne uczenie się pod wpływem ciekawości może być korygowane poprzez nauczanie z krytykiem. Należy też dopuścić w najszerszej formie samouczenie się sieci. Jeśli w wyniku tych procesów powstawać będą nowe pojęcia lub wzorce rzeczywistości to sieć musi posiadać możliwość zapamiętywania ich w nowych astrocytach, które wobec tego, występować muszą w dostatecznej ilości, aby nie ograniczać funkcji poznawczych sieci. Ewentualnie stosowana powinna być architektura rozszerzenia możliwości pamięciowych poprzez dynamiczną kreację astrocytów. W sieciach sztucznych, prawdopodobnie mogących uzyskiwać bezbłędną pamięć trwałą, proces uczenia, być może, przebiegać będzie mógł szybciej, niż w mózgach naturalnych. Należy też pamiętać, że uczenie skojarzeniowe w strukturach drzewiastych umożliwia niezwykłą kompresję informacji. Możliwe też będzie łatwiejsze sprzęganie struktury pamięciowej sieci z istniejącymi bazami danych o charakterze symbolicznym, encyklopedycznym (np. typu CYC). Można więc pokusić się o zdefiniowanie pożądanej architektury sieci neuronowej, kognitywnej: 1. Struktura hierarchiczna, warstwowa, podzielona na pola i ośrodki funkcji specjalistycznych typu emergentnego lub hybrydowego. 2. Dostatecznie wielka pamięć i rozległa hierarchia pól przetwarzania lub ewentualnie, dynamiczna kreacja astrocytów. 3. Sieć z rozdzielonymi funkcjami pamięci operacyjnej, epizodycznej, nietrwałej nazywanej neuronową oraz pamięci długoterminowej, adresowanej do odrębnych komórek zwanych astrocytami. 4. Sieć umożliwiająca transmisję pobudzeń długodystansowych poprzez połączenia neuronalne w strukturach drzewiastych wstępujących i zstępujących. Mechanizm wstecznej propagacji błędów dla selekcji uprzywilejowanych konfiguracji stanów mentalnych. Mechanizm ten ustanawiał będzie reguły grupowania pobudzeń niezbędny dla operacji logicznych wykonywanych przez sieć. 5. Sieć umożliwiająca spontaniczną dyfuzję stanu pobudzeń sąsiadujących astrocytów. 6. Mechanizm zapamiętywania wrażeń o podobnym charakterze w astrocytach zbliżonych przestrzennie. 12 7. Mechanizm wzmacniania szlaków transmisji sygnałów często wykorzystywanych, skorelowany z mechanizmem grupowania transmitowanych konfiguracji pobudzeń. 8. Pobudzone komórki generować muszą regularnie sygnały pobudzenia do dolnych pięter hierarchii oraz do innych wyspecjalizowanych ośrodków przetwarzania. Wymagania te dalece odbiegają od stosowanych dotychczas architektur sieci kognitywnych. Jednakże ich techniczna realizacja nie powinna nastręczać zasadniczych trudności. Tak zaprojektowana sieć zdolna będzie do tworzenia doraźnych modeli środowiska poprzez odwzorowanie ich w konfiguracji stanów mentalnych. Doprowadzenie do zgodności konfiguracji pobudzeń neuronów będących reprezentacją tych modeli umożliwia generowanie stanu „zrozumienia” a wreszcie poczucia samoświadomości, podobnie jak dla umysłów istot żywych. Skutki ciekawości Przyjmując hipotezę o korelacji samoświadomości i instynktu ciekawości zastanówmy się nad konsekwencjami takiego założenia i poszukajmy odniesień do tej tezy w zjawiskach psychologicznych obserwowanych w zachowaniu człowieka lub zwierząt. Jak może się kojarzyć porzeczka z zapachem porzeczki, słowem porzeczka, i jej obrazem? Co może spowodować, że przypominamy sobie taki dziwny owoc? Co ze słowami podobnymi, jak pożyczka, poprzeczka i innymi? Co ma to wspólnego z ciekawością? Jaki jest udział ciekawości w życiu codziennym? W zaspokajaniu potrzeb fizjologicznych? W realizacji zaplanowanych działań? W rozważaniach filozoficznych (ciekawość zwerbalizowana)? W rozwiązywaniu zdań logicznych i matematycznych? Zadając te pytania nie mam na myśli odpowiedzi dotyczących zachowań systemu jako całości a próbuję rozważyć jak mogą przebiegać szlaki pobudzeń komórek sieci, aby osiągnąć spodziewany skutek. Otóż myśl o porzeczce, czyli proces pobudzeń komórek dotyczących pojęcia porzeczka, może być wywołany widokiem porzeczki. Czyli zestaw sygnałów odpowiadających porzeczce docierający z pól receptorowych docierać musi do komórek reprezentujących porzeczkę w formie uogólnionej a stamtąd sygnał reprezentujący obiekt kierowany będzie utartymi wcześniej szlakami do obszarów decydujących o tym co zrobić z tą dobrą wiadomością, z tym obiektem, lub z tym pojęciem. Co to za utarte szlaki? To połączenia z ośrodkami, które spowodowały, że na porzeczkę zwróciliśmy uwagę. Najpewniej wówczas, kiedy pierwszy raz ją zobaczyliśmy uczeni przez rodziców lub nauczyciela, możliwe, że zapoznając się z nią w procesie „uczenia pod nadzorem”. Ośrodkami powiadomionymi w ten sposób mogą być pola wyższego rzędu dokonujące uogólnienia i zdolne rozpoznać w przesyłanym sygnale kwaśny owoc, obiekt geometryczny zbliżony do zielonej kulki, obiekt o nazwie „porzeczka” itp. Pola te mogą tworzyć strukturę hierarchiczną typu porzeczka – kwaśny owoc – zdrowe jedzenie. Lub też mogą stanowić struktury oboczne, do których informacja kierowana jest równolegle typu: porzeczka – rzeczownik na literę „p”– rzeczownik – słowo. Jest to przykład drzewa połączeń wstępujących, o którym pisałem powyżej. Według hipotezy o nieustającym działaniu mechanizmu „ciekawości” pobudzenie komórek będących reprezentacją porzeczki może się rozprzestrzenić na sąsiednie komórki reprezentujące podobne obiekty jak białe i czarne porzeczki, jagody, pieprz. Ośrodek pamięci epizodycznej ulokowany wysoko w hierarchii pojęć abstrakcyjnych zablokuje napływające sygnały konkurencyjne przy pomocy mechanizmu wstecznej propagacji błędu. Dlaczego właśnie pobudzenie z komórki porzeczka miałoby być wyselekcjonowane do dalszego przetwarzania? Ponieważ, być może, pobudzenie to będzie kojarzone z sygnałem z ośrodka głodu szlakiem: chcę jeść – chcę owoc – chcę porzeczkę lub też z ośrodka mowy szlakiem: szukam słowa – rzeczownika – rzeczownika na literę „p”. Jest to przykład drzewa połączeń zstępujących. Z ośrodka mowy 13 sygnał będzie zapewne przesłany do generatora mowy i tam skorelowany z sygnałem „chcę mówić” doprowadzi do wygenerowania słów „chcę porzeczkę”. Natomiast czego można się spodziewać, gdy wygenerowane innym szlakiem pojęcia zawładną pamięcią epizodyczną skorelowaną z mechanizmem uwagi? Jeśli będą to wrażenia niespójności obrazu porzeczki z przechowywanymi w pamięci trwałej wzorcami, to umysł w różny sposób może starać się usunąć te niespójności. Wysłane zostaną sygnały pobudzenia zgodnie z drzewem połączeń zstępujących aż do innych pól przechowujących percepty pozwalające rozpoznać kolor, fakturę i inne cechy szczególne obiektu. Pobudzane mogą być także pola pamięciowe innych obiektów weryfikujące, czy jednak nie są to jagody. Wysyłane sygnały do efektorów mogą wreszcie powodować poprawę warunków widzenia. I tak ciekawość pobudza bezustannie niższe pola poznania powodując masowe generowanie wrażeń. Pobudzenia te propagują się torami pamięci trwałej. Ze względu na dyfuzję pobudzeń powstaje wstępujący szeroki strumień informacji o wrażeniach, zjawiskach, obiektach podobnych. Ten zaś strumień epizodyczny wstępuje utrwalonymi wcześniej szlakami neuronowymi. Równocześnie z innych ośrodków napływa podobnie szeroki strumień informacji dotyczących innych aspektów „problemu porzeczka”. Umysł ma wybór wśród olbrzymiej ilości informacji docierających na wyższe piętra uogólniania. Łącząc wybrane strumienie, na przykład tła obserwowanego obrazu, może dojrzeć i rozpoznać obraz grona porzeczek na tle krzewu rosnącego w ogrodzie lub leżącego w pokoju na talerzu. Jeśli kojarzenie odbywa się w okolicach ośrodka mowy, to kojarzenie strumienia „obrazowego” ze słowami, może powodować myślenie opisowe dające się łatwo zwerbalizować. Po skojarzeniu z potrzebą ekspresji, może to dać opis słowny lub w postaci pisma, zapisu literowego a po skojarzeniu z polami dźwiękowymi (subiektywnie wybranymi, co z kolei odpowiada muzycznej wyobraźni), zapisu nutowego. Jeśli fale pobudzeń skojarzą to z innymi klasami obiektów, to możemy zobaczyć nasze porzeczki, jako błyszczące żarówki wielkiego żyrandola lub jako girlandy gwiazd porzeczkowej galaktyki. Myśli będą przełączały się burzliwie po generowanych obrazach, gdy puszczamy wodze fantazji. Fale pobudzeń wstępujące i zstępujące po szczeblach hierarchii warstw komórek, pól i rozprzestrzeniane do wyspecjalizowanych ośrodków będą się krzyżowały i poprzez synchronizację czasową i przestrzenną, umożliwiały liczne skojarzenia. Tym bardziej, że mechanizm ciekawości powoduje także propagację fal pobudzenia na najwyższym szczeblu abstrakcji, w pobliżu ośrodków, w których powstają skojarzenia kierowane do komórek świadomości. Te zaś bodźce powodują przełączanie uwagi umysłu na wciąż nowe skojarzenia tworząc wrażenie niepohamowanej fantazji, bądź też zmuszające umysł do podejmowania przypomnianych zadań lub działań. Można także przyjmować, iż występujące trudności w uzgodnieniu wzorców, skutkujące tym, iż ośrodek „zrozumienia” nie może być pobudzony, skutkować będzie pobudzeniem innej komórki, którą nazywać możemy komórką „ciekawości”. Wówczas grupując sygnał z tej komórki z dowolnym zagadnieniem przetwarzanym przez umysł otrzymamy uświadomioną ciekawość tego zagadnienia. Może ona być zwerbalizowana poprzez zadawanie pytań. W myśli, mowie, piśmie lub w działaniu, czyli w próbach zdobycia większej ilości informacji dla uzgodnienia wzorców rzeczywistości. Do naszej świadomości będzie docierała myśl dominująca, pasująca do modelu rzeczywistości, który na najwyższych piętrach zawładnął naszą uwagą. Filtrem dyskryminującym będzie tu poczucie „zrozumienia”, czyli zgodności wzorców pobudzeń z zapamiętanymi wzorcami i pobudzenie komórki „zrozumienia”, jak to już wyżej opisywałem, antycypując działanie ludzkiego mózgu. Tak więc do naszej świadomości docierać będzie znikomy promil generowanych przez mechanizm ciekawości wrażeń i bodźców. Pozostałe generowane lecz zablokowane strumienie informacji tworzą naszą podświadomość. Oczywiście silny bodziec konkurencyjny może powstrzymać ten potok skojarzeń. Może to być upływający czas, potrzeba fizjologiczna, inny obraz lub dźwięk nagle postrzeżony i powodujący 14 równie silne skojarzenia, lub inne silne wspomnienie pojęcia lub zadania. Zadaniem takim może być konieczność wykonania w danym momencie czasowym zaplanowanej czynności lub podjęcie innego działania. Wydaje się, że tak szerokie pobudzenie komórek sieci spowoduje zatkanie filtru dyskryminacyjnego w każdym, nawet niezbyt rozbudowanym mózgu. Jednakże należy pamiętać, że bodźce przepływają głównie szlakami umocnionymi przez przeszłe doznania z fazy uczenia się lub z przeszłych doświadczeń. Ponadto mechanizm uogólniania w drzewiastej strukturze hierarchicznej powoduje olbrzymią kompresję informacji. Dodatkowo mechanizm wstecznej propagacji blokować będzie olbrzymią część bodźców nie tworzących sensownych, znanych już sieci, wzorców wrażeń. Tak więc wybór problemu, którym zajmuje się nasza świadomość może nie być tak trudny, jak to się w pierwszej chwili wydaje. Jeśli organizm postrzega cokolwiek dzięki ciekawości motywującej go do eksploracji otoczenia, to dostrzegając i rozpoznając bodźce dające mu informację o środowisku, osiąga satysfakcję zaspokajając swą ciekawość. Wzbogaca tą drogą swą „wiedzę” a być może także podnosi swą inteligencję. Jest ciekawe czy istnienie mechanizmu „nagrody” materializującego ową satysfakcję jest dodatkowym warunkiem koniecznym uzyskania motywacji do włączenia „ciekawości”. Czy można czerpać „satysfakcję” z samego faktu wypełnienia obowiązku bycia ciekawym? Oczywiście, gdy sugeruję, że komputery należy wyposażyć w funkcję "ciekawości" i dać im wolność myślenia, mam na myśli wolność w zbieraniu danych i przeprowadzania prób (wykraczania poza teren eksploracji), choćby myślowych. Jednakże wydaje się oczywiste, że maszyny powinny mieć cel do osiągnięcia. Należy poważnie rozważyć znaczenie wewnętrznej motywacji do aktywności. Czy jakikolwiek system, pozbawiony motywacji, może wykazywać zainteresowanie czymkolwiek? Jak taka motywacja może powstać w toku ewolucji lub jak ją wszczepić martwemu systemowi przetwarzania danych od którego oczekujemy inteligentnego działania z wewnętrznej przyczyny. Motywację tę można stworzyć przez wyznaczenie celu istnienia, najlepiej wskazania „sensu życia”. Takie zewnętrzne narzucenie motywacji byłoby zgodne z kreacjonistyczną hipotezą powstania życia, ale jak to interpretować w przypadku inteligentnych robotów? Czy powinniśmy się im zaprezentować jako Stwórca – Wielki Konstruktor? Czy byłyby one wówczas zupełnie wolne? Utrzymanie ich w tym przeświadczeniu mogło by się nie powieść w dłuższym horyzoncie czasowym. Uważam, iż tego rodzaju prymitywne rozwiązanie w formie narzucenia z „góry” celu działania, byłoby pójściem na łatwiznę. Moje spostrzeżenia, prezentowane w wymienianym już artykule „Postrzeganie, świadomość, samoświadomość, inteligencja”, wskazują, że celem życia może być wyłącznie zaspokojenie ciekawości. Ciekawość może być siłą napędową, motorem działania, nawet maszyn. W tym celu korzystne może być wytworzenie mechanizmu nagrody pobudzanego wówczas, gdy osiągamy zgodność tworzonych modeli rzeczywistości z zapamiętanymi wzorcami rzeczywistości. Zgodność taka rejestrowana byłaby w tak zwanej „komórce zaspokojenia ciekawości”. Jednakże wyżej wskazywaliśmy, że takie „uzgodnienie” jest samoistnie nieustannym celem każdego umysłu wyposażonego w ciekawość, nawet sztucznego. Dlatego też należy przypuszczać, że komórka rejestrująca stan zaspokojenia ciekawości wytworzy się także samoistnie, a samo jej pobudzenie będzie równoważnikiem poczucia zadowolenia. Dlatego „my” - zwierzęta, odczuwamy satysfakcję z poznawania świata i dlatego tę samą satysfakcję odczuwały będą prawdziwie myślące maszyny. Abstrahując od definicji ciekawości (która podana jest w przypisie), istotne jest zrozumienie, że „ciekawość” nie jest jedną z emocji, które przejawiają się jako „efekt uboczny” istnienia świadomości działającej na tle naszej prymitywnej, zwierzęcej natury. „Ciekawość”, jak starałem się przedstawić w poprzednim artykule, jest jednym z najbardziej pierwotnych instynktów, umożliwiających przetrwanie osobnika i całego gatunku. Rola ciekawości w rozwoju osobniczym i 15 ewolucyjnym została szeroko opisana w dostępnej literaturze. Ponieważ, jak sugeruję, jest ona ściśle powiązana z istnieniem świadomości, to jej znaczenie należy rozszerzyć na zrozumienie konieczności występowania sprzężenia pomiędzy ciekawością i świadomością przynajmniej na etapie kształtowania świadomości. Jeśli przyjmiemy taką hipotezę, to powstaje pytanie, czy chwilowy brak poczucia zaciekawienia oznacza zagrożenie dla naszej świadomości? Raczej nie. Ciekawość ma znaczenie dla ukształtowania świadomości, jednakże, jeżeli stan świadomości zostanie osiągnięty, to staje się on składnikiem obrazu naszej rzeczywistości. Po prostu zapamiętujemy, że jesteśmy wyodrębnionym bytem, a utwierdzać nas w tym przekonaniu może pamięć długookresowa. Sięgając do niej, nasza chwilowa świadomość może sobie przypomnieć, że mamy imię i nazwisko, gdzie mieszkamy, jaka jest historia naszego życia. Każdego ranka, budząc się ze snu istnieje ryzyko, że nie zidentyfikujemy siebie samych. Jednakże niezawodność naszej pamięci długookresowej, polegającej na zmianie stanów chemicznych astrocytów, daje nam prawie pewność, że rozpoznamy własne istnienie po okres nieświadomości powodowanej snem, środkami odurzającymi, czy silnym urazem mózgu. Wyjątkiem są stany amnezji, gdy na wskutek trwałych uszkodzeń części mózgu, ginie część niezbędnej dla samoidentyfikacji informacji o naszej historii. Czy wobec tego komputer, w którego pamięci zapiszemy jego pochodzenie i historię jego istnienia będzie mógł po podłączeniu zasilania „przypomnieć” sobie kim jest? Oczywiście, nie. Ponieważ nie mając bieżącej, chwilowej świadomości, jego wspomnienie, nie może być porównane z modelem istnienia, z żadnym wzorcem rzeczywistości i skierowane do obszarów umożliwiających zidentyfikowanie go jako „rozumienie realności” w stworzonym uprzednio modelu świata. W przypadku mózgu świadomej istoty żywej, wrażenie istnienia może być w każdej chwili poddane testowi „ciekawości” weryfikującej zgodność poczucia świadomości z odbieranymi bodźcami zmysłowymi. Staje się tak często po nagłym przebudzeniu, przy przechodzeniu od marzeń sennych do życia na jawie. Jeśli nasza ciekawość zostaje zaspokojona pozytywnie, to nasz umysł przesyła sygnał do ośrodków „zrozumienia” dających nam poczucie bezpieczeństwa i satysfakcji. Gdy taka weryfikacja nie daje pozytywnych rezultatów usiłowań zrozumienia modelu otaczającej na rzeczywistości, to umysł jest skłonny do różnych reakcji charakterystycznych dla chorób umysłowych, czyli zbudowania alternatywnego, nierzeczywistego wytłumaczenia otaczającego nas świata, czasem do paniki, zachowań agresywnych i innych. Istnienie świadomości wyjaśniano czasem funkcjonowaniem pętli przesyłania informacji pomiędzy wyższymi piętrami jej przetwarzania i niższymi polami mózgu, a także pomiędzy różnymi jego strukturami. Pętla taka, w której odbywał by się ciągły przepływ informacji w pewnym okresie, odpowiedzialna by była za ciągłość poczucia świadomości w tym odcinku czasu. Dlatego też istnienie świadomości wiązano z pamięcią krótkotrwałą. A więc czymś nietrwałym i ulotnym. Według modelu prezentowanego powyżej istnienie takich pętli jest oczywistym warunkiem pobudzania skojarzeń bodźców aktualnie docierających do mózgu z reprezentacjami nerwowymi zapamiętanych obiektów powiązanych z rejestrowanymi informacjami. Ich wzbudzanie kierowane może być mechanizmem „ciekawości” i ograniczane mechanizmem selekcji, odpowiadającym wyborowi najsilniejszych bodźców w poszczególnych polach ich przetwarzania, co z kolei odpowiada działaniu funkcji „uwagi”. Jednakże mechanizm ten byłby niewystarczający dla poczucia świadomości. Tak wyselekcjonowane wrażenia powinny być porównywane ze wzorcami modelu rzeczywistości i klasyfikowane jako zgodne ze wzorcem „zrozumienia” i wzorcem „poczucia świadomości” i jako takie zapamiętywane w trwałych strukturach pamięciowych. Tak więc poczucie świadomości, byłoby czymś utrwalonym w naszej pamięci, podlegającym ciągłej weryfikacji przez tę świadomość, co odpowiada naszym subiektywnym wrażeniom. 16
