Neurális chipek és az agy-gép interfész

A napokban volt hír, hogy a DARPA agy-gép interfészen dolgozik. Ki tudja, talán a következő évtizedben már ez lesz a sláger, a gondolatokkal irányítható gépek és az agyba vetített virtuális valóság. De vajon hogy lehet majd összekötni az agyat a számítógéppel és hogyan segíthetnek ebben a neurális chipek? Maga a "neurális chip" kifejezés azt sejtetheti, hogy itt eleve valamilyen agyhoz kapcsolható dologról van szó, de ez elég messze áll a valóságtól, mivel egy mesterséges neurális hálónak nem sok köze van az agyhoz.

A mostanában divatos mesterséges neurális hálózatok az agyhoz hasonlóan rengeteg bogyóból ("neuronból") állnak amik a bemeneteik és esetlegesen állapotuk függvényében valamilyen kimenetet generálnak. Akárcsak (vélhetően) az agy esetében, itt is a neuronok közötti kapcsolatok határozzák meg a hálózat működését. Itt azonban kb. ki is fújt a hasonlóság. A mesterséges neurális hálózatok neuronjai máshogy működnek és a rendszer máshogy tanul, mint az agy. Bár ezek a hálózatok sok olyan dologra képesek mint az agy (képfelismerés, hangfelismerés, logikai összefüggések feltárása, gépi fordítás, stb.), sőt, sok mindenben túl is szárnyalják azt, attól nagyon messze állnak, hogy csak úgy összekapcsoljuk őket az agyunkkal. De ha erre nem alkalmasak, akkor hogyan segíthetnek egy agy-gép interfész megalkotásában?

A neurális hálózatok ereje abban rejlik, hogy taníthatóak. Ha valami feladatot szeretnénk elvégeztetni egy számítógéppel, akkor hagyományos esetben lépésről lépésre pontosan megmondjuk neki mit tegyen. Igazándiból ez az amit a programozók csinálnak, "elmagyarázzák" a gépnek, hogy mit tegyen. Sok esetben azonban ez elég nehéz feladat. Itt jönnek a képbe a neurális hálózatok. Egy neurális hálózat képes tanulni, vagyis minták (nagyon sok minta) alapján "kitalálni" a programot ami adott bemenetre az adott kimenetet adja. Tehát pl. gépi fordítás esetén úgy kell ezt elképzelni, hogy mutatunk a rendszernek sok mondatot és azok fordítását. Megfelelő számú (nagyon sok) minta után a hálóban kialakul a nyelvi modell, így a hálózat képes lesz mondatokat fordítani idegen nyelvre. Ugyanígy ha egy hálózatnak sok képet mutatunk (bemenet), és mindig elmondjuk neki, hogy mi van a képen (kimenet), egy idő után képes lesz maga is felismerni a képeken lévő objektumokat. De ugyanez a séma ráhúzható a hangfelismerésre, sőt, egy megfelelően (rengeteg párbeszéd mintával) betanított  neurális hálóval "el is lehet beszélgetni" egy adott témáról. De miért jön ez jól az agy-gép interfésznél?

Amennyiben megvan a technológia az agyi aktivitások észlelésére (a "gondolatolvasásra"), és azok befolyásolására (képek, érzetek vetítése az agyba), úgy a legnagyobb probléma az lesz, hogy miképp tudunk fordítani a gépek és az agy között. Tehát ha pl. egy vak ember látását szeretnénk visszaadni, nem köthetünk szimplán egy kamerát az agya látókérgére, mert "nem egy nyelvet beszélnek". Itt jöhetnek a képbe a mesterséges neurális hálózatok. Egy ilyen rendszer lehet a fordító interfész agy-gép és gép-agy között. A fenti esetben például egy neurális háló bemenetére köthetjük a kamera képét a megfelelő formában, majd leolvashatjuk egy látó ember agyában az adott kép által keltett mintázatokat, és ezt adhatjuk meg a hálózat kívánt kimeneteként. Megfelelő számú minta után a hálózat megtanulhatja, hogyan fordítsa le a kamera képét agyi mintákra. Ha ezt utána egy chipbe égetjük, azt felhasználhatjuk arra, hogy vak emberek látókérgéhez kamerát illesszünk, így visszaadva a látásukat. De a technológia más protézisek (hallás, beszéd, végtagok, stb.) készítéséhez is ugyanúgy felhasználható, és egyben megteremtheti a lehetőséget egy rakás új technológiához. Egy ilyen rendszerrel a gondolatainkkal irányíthatjuk a gépeinket, vagy éppen közvetlenül az agyunkba vetíthetjük a virtuális valóságot. Persze rengeteg a megoldandó probléma. Hogyan figyelhetjük úgy az agyi aktivitást, és hogyan befolyásolhatjuk azt, hogy a legkisebb mértékben kelljen beavatkozni (nem túl jó ötlet az agyat össze-vissza vágdosni)? Hogyan építhetünk elég jó mesterséges neurális hálókat (egyelőre még csak ott tartunk, hogy hagyományos számítógépen szimuláljuk őket, nincsenek neurális chipjeink)? Még egy sor kérdés vár megválaszolásra, de ha sikerül az uralmunk alá hajtani a saját agyunkat, azzal a mindenhatóság kapujába juthatunk (http://lf.estontorise.hu/archives/305) …     

#blog