Il tuo cervello è un computer?

Abbiamo chiesto agli esperti le loro migliori argomentazioni nel dibattito di lunga data sul fatto che cervello e computer elaborano le informazioni allo stesso modo.

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• Dan Falk pagina di archivio

25 agosto 2021

È un'analogia che risale agli albori dell'era dei computer: da quando abbiamo scoperto che le macchine potevano risolvere i problemi manipolando i simboli, ci siamo chiesti se il cervello potesse funzionare in modo simile. Alan Turing, ad esempio, ha chiesto cosa ci sarebbe voluto per un macchina per pensare ; scrivendo nel 1950, predisse che entro il 2000 si potrà parlare di macchine che pensano senza aspettarsi di essere contraddetti. Se le macchine potessero pensare come i cervelli umani, era naturale chiedersi se i cervelli potessero funzionare come le macchine. Ovviamente, nessuno scambierebbe il materiale appiccicoso all'interno del tuo cervello per la CPU all'interno del tuo laptop, ma al di là delle differenze superficiali, è stato suggerito, potrebbero esserci importanti somiglianze.

Oggi, dopo tutti questi anni, gli esperti sono divisi. Sebbene tutti siano d'accordo sul fatto che il nostro i cervelli biologici creano le nostre menti coscienti , sono divisi sulla questione di quale ruolo, se del caso, è svolto dall'elaborazione delle informazioni, la somiglianza cruciale che si presume condividano cervelli e computer.

Questa storia faceva parte del nostro numero di settembre 2021

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Sebbene il dibattito possa sembrare un po' accademico, in realtà ha implicazioni nel mondo reale: lo sforzo di costruire macchine con intelligenza simile a quella umana dipende almeno in parte dalla comprensione di come funzionano effettivamente i nostri cervelli e di quanto siano simili, o meno, alle macchine. Se si potesse dimostrare che i cervelli funzionano in un modo radicalmente diverso da un computer, metterebbero in discussione molti approcci tradizionali all'IA.

La domanda può anche modellare il nostro senso di chi siamo. Finché i cervelli e le menti che abilitano sono considerati unici, l'umanità potrebbe immaginarsi davvero molto speciale. Vedere il nostro cervello come nient'altro che un sofisticato macchinario computazionale potrebbe far scoppiare quella bolla.

Abbiamo chiesto agli esperti di dirci perché essi pensiamo che dovremmo, o non dovremmo, pensare al cervello come a un computer.

CONTRO: Il cervello non può essere un computer perché è biologico.

Tutti sono d'accordo sul fatto che le cose reali all'interno di un cervello, progettate nel corso di miliardi di anni dall'evoluzione, sono molto diverse da quelle che gli ingegneri di IBM e Google mettono nel tuo laptop o smartphone. Per cominciare, i cervelli sono analogici. I miliardi di neuroni del cervello si comportano in modo molto diverso dagli interruttori digitali e dalle porte logiche di un computer digitale. Sappiamo dagli anni '20 che i neuroni non si accendono e si spengono, afferma il biologo Matthew Cobb dell'Università di Manchester nel Regno Unito. Quando lo stimolo aumenta, il segnale aumenta, dice. Il modo in cui un neurone si comporta quando viene stimolato è diverso da qualsiasi computer che abbiamo mai costruito.

Blake Richards, neuroscienziato e informatico della McGill University di Montreal, è d'accordo: il cervello elabora tutto in parallelo, a tempo continuo piuttosto che a intervalli discreti, dice. Al contrario, i computer digitali di oggi utilizzano un design molto specifico basato sull'originale dall'architettura Neumann . Funzionano in gran parte procedendo passo dopo passo attraverso un elenco di istruzioni codificate in un banco di memoria, mentre accedono alle informazioni archiviate in slot di memoria discreti.

Niente di tutto ciò ha alcuna somiglianza con ciò che accade nel tuo cervello, dice Richards. (Eppure il cervello continua a sorprenderci: negli ultimi anni alcuni neuroscienziati lo hanno fatto discusso che anche i singoli neuroni possono eseguire determinati tipi di calcoli, paragonabili a ciò che gli informatici chiamano XOR, o funzione esclusiva o.)

PER: Certo che può! La struttura reale è fuori luogo.

Ma forse ciò che fanno cervelli e computer è fondamentalmente lo stesso, anche se l'architettura è diversa. Ciò che il cervello sembra fare è giustamente descritto come elaborazione delle informazioni, afferma Megan Peters, una scienziata cognitiva presso l'Università della California, a Irvine. Il cervello prende i picchi [brevi esplosioni di attività che durano circa un decimo di secondo] e le onde sonore e i fotoni e lo converte in attività neurale, e quell'attività neurale rappresenta l'informazione.

Richards, che è d'accordo con Cobb sul fatto che il cervello funzioni in modo molto diverso dai computer digitali di oggi, crede comunque che il cervello è , infatti, un computer. Un computer, secondo l'uso della parola in informatica, è un qualsiasi dispositivo in grado di implementare molte diverse funzioni calcolabili, afferma Richards. Secondo questa definizione, il cervello non è semplicemente come un computer. È letteralmente un computer.

Michael Graziano, neuroscienziato dell'Università di Princeton, fa eco a questo sentimento. C'è un concetto più ampio di cosa sia un computer, come una cosa che raccoglie informazioni e le manipola e, su questa base, sceglie i risultati. E un 'computer' in questa concezione più generale è ciò che è il cervello; questo è quello che fa.

Ma Anthony Chemero, scienziato cognitivo e filosofo dell'Università di Cincinnati, obietta. Quello che sembra essere successo è che nel tempo abbiamo annacquato l'idea di 'calcolo' in modo che non significhi più nulla, dice. Sì, il tuo cervello fa cose e ti aiuta a sapere le cose, ma non è più davvero un calcolo.

PER: I computer tradizionali potrebbero non essere simili al cervello, ma le reti neurali artificiali lo sono.

Tutte le più grandi scoperte dell'intelligenza artificiale oggi hanno coinvolto reti neurali artificiali , che utilizzano livelli di elaborazione matematica per valutare le informazioni che vengono fornite. Alle connessioni tra i livelli viene assegnato un peso (approssimativamente, un numero che corrisponde all'importanza di ciascuna connessione rispetto alle altre: pensa a come un professore potrebbe elaborare un voto finale sulla base di una serie di risultati del quiz ma assegnare un peso maggiore a il test finale). Tali pesi vengono regolati man mano che la rete è esposta a un numero sempre maggiore di dati, finché l'ultimo livello non produce un output. Negli ultimi anni le reti neurali sono state in grado di riconoscere volti, tradurre le lingue e persino imitare testo scritto dall'uomo in modo inquietante.

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Geoff Hinton, pioniere dell'IA: il deep learning sarà in grado di fare tutto Trent'anni fa, la convinzione di Hinton nelle reti neurali era contrarian. Ora è difficile trovare qualcuno che non sia d'accordo, dice.

Una rete neurale artificiale è in realtà fondamentalmente solo un modello di un cervello a livello algoritmico, afferma Richards. È un modo per provare a modellare il cervello senza fare riferimento ai dettagli biologici specifici di come funziona il cervello. Richards sottolinea che questo era l'obiettivo esplicito dei pionieri delle reti neurali come Frank Rosenblatt, David Rumelhart e Geoffrey Hinton : Erano specificamente interessati a cercare di comprendere gli algoritmi che il cervello utilizza per implementare le funzioni che il cervello calcola con successo.

Gli scienziati hanno recentemente sviluppato reti neurali il cui funzionamento è si dice che assomiglino più da vicino a quelli dei veri cervelli umani . Uno di questi approcci, la codifica predittiva, si basa sulla premessa che il cervello cerca costantemente di prevedere quali input sensoriali riceverà in seguito; l'idea è che stare al passo con il mondo esterno in questo modo aumenti le sue possibilità di sopravvivenza, qualcosa che la selezione naturale avrebbe favorito. È un'idea che risuona con Graziano. Lo scopo di avere un cervello è il movimento, essere in grado di interagire fisicamente con il mondo esterno, dice. Questo è ciò che fa il cervello; questo è il cuore del perché hai un cervello. È per fare previsioni.

CONTRO: Anche se i cervelli funzionano come reti neurali, non sono comunque processori di informazioni.

Non tutti pensano che le reti neurali supportino l'idea che i nostri cervelli siano come i computer. Un problema è che lo sono imperscrutabile : quando una rete neurale risolve un problema, potrebbe non essere affatto chiaro come ha risolto il problema, rendendo più difficile sostenere che il suo metodo fosse in qualche modo simile al cervello. Le reti neurali artificiali su cui stanno lavorando persone come Hinton ora sono così complicate che anche se provi ad analizzarle per capire quali parti stavano memorizzando informazioni su cosa e cosa conta come manipolazione di tali informazioni, non lo farai essere in grado di tirarlo fuori, dice Chemero. Più diventano complicati, più diventano intrattabili.

Ma i difensori dell'analogia cervello-computer dicono che non importa. Non puoi indicare il uno sabbia 0 s, dice Graziano. È distribuito in uno schema di connettività che è stato appreso tra tutti quei neuroni artificiali, quindi è difficile 'parlare in negozio' su quali siano esattamente le informazioni, dove sono archiviate e come sono codificate, ma sai che è lì.

PER: Il cervello deve essere un computer; l'alternativa è la magia.

Se sei impegnato nell'idea che il cervello fisico crei la mente, allora il calcolo è l'unico percorso praticabile, dice Richards. Calcolo significa solo fisica, dice. L'unica altra opzione è che stai proponendo una sorta di 'anima' o 'spirito' magico o qualcosa del genere ... Ci sono letteralmente solo due opzioni: o stai eseguendo un algoritmo o stai usando la magia.

CONTRO: La metafora del cervello come computer non può spiegare come deriviamo il significato.

Non importa quanto sofisticata possa essere una rete neurale, le informazioni che la attraversano in realtà non lo sono significare qualsiasi cosa, dice Romain Brette, neuroscienziato teorico al Vision Institute di Parigi. Un programma di riconoscimento facciale, ad esempio, potrebbe identificare un viso particolare come mio o tuo, ma alla fine si tratta solo di tracciare le correlazioni tra due serie di numeri. Hai ancora bisogno di qualcuno che ne dia un senso, che pensi, che percepisca, dice.

Il che non significa che il cervello no elaborare le informazioni, forse lo fa. Il calcolo è probabilmente molto importante nella spiegazione della mente, dell'intelligenza e della coscienza, afferma Lisa Miracchi, filosofa dell'Università della Pennsylvania. Tuttavia, sottolinea che ciò che fa il cervello e ciò che fa la mente non sono necessariamente la stessa cosa. E anche se il cervello è simile a un computer, la mente potrebbe non esserlo: i processi mentali non sono processi computazionali, perché sono intrinsecamente significativi, mentre i processi computazionali non lo sono.

Allora, dove ci lascia? La questione se il cervello sia o meno come un computer sembra dipendere in parte da ciò che intendiamo per computer. Ma anche se gli esperti potessero concordare una definizione, sembra improbabile che la questione venga risolta presto, forse perché è così strettamente legata a spinosi problemi filosofici, come il cosiddetto problema mente-corpo e il puzzle della coscienza. Discutiamo se il cervello sia come un computer perché vogliamo sapere come sono nate le menti; vogliamo capire cosa permette ad alcune disposizioni della materia, ma non ad altre, non solo di esistere ma di sperimentare.

Dan Falk è un giornalista scientifico con sede a Toronto. I suoi libri includono La scienza di Shakespeare e Alla ricerca del tempo.