الشبكة العصبية الاصطناعية التي طورت الهياكل البيولوجية الموجودة في الدماغ البشري

وفي الشهر الماضي، نشر باحثون في شركة ديب مايند - إحدى الشركات الأكثر تقدما في العالم في تطوير الذكاء الاصطناعي - دراسة جديدة في المجلة العلمية المرموقة نيتشر، حول شبكة عصبية اصطناعية طورت هياكل مماثلة لتلك الموجودة في الدماغ البيولوجي

وفي الشهر الماضي، نشر الباحثون في شركة ديب مايند - إحدى الشركات الأكثر تقدما في العالم في تطوير الذكاء الاصطناعي - دراسة جديدة في المجلة العلمية المرموقة نيتشر، حول شبكة عصبية اصطناعية طورت هياكل مماثلة لتلك الموجودة في الدماغ البيولوجي.

لشرح ما يدور حوله هذا، نحتاج أولاً إلى شرح القليل عن الشبكات العصبية الاصطناعية. وهي عبارة عن عمليات محاكاة مدربة على الكمبيوتر، حيث تتواصل ملايين مراكز الحساب البسيطة مع بعضها البعض، على غرار الطريقة التي تتواصل بها الخلايا العصبية في الدماغ مع بعضها البعض. كل خلية من خلايا الدماغ البيولوجي عبارة عن آلة بسيطة نسبيًا بدون ذكاء خاص بها، لكن العمل المنسق لمليارات الخلايا العصبية معًا يخلق الفكر والعاطفة وحتى الوعي الذاتي. وعلى نحو مماثل، عندما تتواصل الملايين من مراكز الحوسبة مع بعضها البعض وتمرر المعلومات إلى بعضها البعض على جهاز كمبيوتر، فمن الممكن تدريبها على أداء المهام التي تم تكييف العقول البيولوجية لها بشكل خاص: معالجة الصور، على سبيل المثال، أو الملاحة المكانية.

من الواضح أن هناك تشابهًا بين طريقة عمل الشبكات العصبية الاصطناعية وبين الأجهزة العصبية البيولوجية، لكن علماء الأعصاب وباحثي الذكاء الاصطناعي على حدٍ سواء يفهمون أيضًا الفرق الكبير بين الاثنين. خلايا الدماغ، على سبيل المثال، يمكن أن تستجيب لمجموعة واسعة من الناقلات العصبية - المواد الكيميائية التي تفرزها الخلايا العصبية الأخرى. ومن ناحية أخرى، تنقل الشبكات العصبية الاصطناعية رسائل بسيطة فقط بين "الخلايا" المحوسبة، ولكنها تفعل ذلك بسرعة أكبر بكثير من المعدل البطيء نسبيًا لمرور الرسائل عبر الخلايا العصبية البيولوجية. هناك تشابه بالتأكيد، لكن الفرق كبير جدًا.

ربما هذا هو السبب وراء دهشة الكثيرين عندما بدأت الشبكات العصبية الاصطناعية مؤخرًا في تطوير الهياكل التي نعرفها من الأدمغة البشرية.

في أدمغة البشر - وبشكل عام في أدمغة الحيوانات - يمكنك العثور على هياكل فريدة من نوعها خلايا شبكية. يتم ترتيب هذه الخلايا العصبية في شكل سداسي، و"تنشط" للعمل اعتمادًا على وضع الشخص. عندما أذهب إلى اليمين، يتم تنشيط خلايا شبكة معينة، وعندما أذهب إلى اليسار، يتم تنشيط خلايا الشبكة الأخرى. ويمكن القول تقريبًا أن خلايا الشبكة تقوم بإنشاء خريطة ذهنية - نوع من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الداخلي - تستطيع الحيوانات من خلاله فك رموز موقعها، وحل المشكلات المتعلقة بالحركة في الفضاء. تسمح لنا هذه الخلايا بالطاعة، حتى عندما تكون أعيننا مغلقة، لتعليمات مثل هذه - "خذ خمس خطوات للأمام، وانعطف تسعين درجة إلى اليسار، ثم واصل السير بشكل مستقيم ثلاث خطوات أخرى إلى ذاكرة التخزين المؤقت."

لقد تم الكشف عن وجود الخلايا الشبكية في العشرين سنة الأخيرة، ومكتشفيها حصل على جائزة نوبل في الطب عام 2014. إنهم مثال رابح لمفارقة بولاني - "نحن نعرف أكثر مما يمكننا شرحه".[3] وعلى الرغم من أننا نتمتع بأنظمة ملاحية متطورة تعتمد على الخلايا الشبكية، إلا أنها تسمح لنا بالوصول إلى رؤى بديهية، دون أن نكون قادرين على تفسيرها. على سبيل المثال، إذا تم إلقاؤنا في غرفة فوضوية، فسنكون قادرين على تحديد طرق سريعة وقصيرة للوصول إلى الوجهة، في حين سيتعين على الذكاء الاصطناعي المتطور تخطيط عدة مسارات حركة مختلفة قبل اختيار أقصر طريق - وهي مهمة شاقة يهدر موارد الحوسبة الثمينة.

ولكن ماذا لو كانت أنواع الذكاء الاصطناعي الأكثر تطوراً وشعبية اليوم - تلك التي تعتمد على الشبكات العصبية الاصطناعية - تتمتع بخلايا شبكية؟

لاختبار هذا السؤال، قام الباحثون في DeepMind بتشغيل شبكة عصبية اصطناعية، وطلبوا منها إكمال المهام الملاحية بنجاح في البيئات الافتراضية. واكتشفوا أنه داخل الشبكة، تتطور المناطق التي تعمل بشكل مشابه لخلايا الشبكة تلقائيًا. وسمحت خلايا الشبكة الافتراضية هذه للذكاء الاصطناعي بحل ألغاز المتاهة البسيطة بنجاح بسرعة وكفاءة، ووفقًا للباحثين، "على مستوى فوق طاقة البشر". الذكاء الاصطناعي "تجاوز قدرات الممثلين البشريين المحترفين، مما يدل على نوع من التنقل المرن المرتبط عادة بالحيوانات، واختيار مسارات جديدة ويأخذ الاختصارات عندما يكون ذلك ممكنا".[4]

كل هذا جيد وجيد، ولكن للوهلة الأولى لا يبدو مثيرًا للإعجاب بشكل خاص. بعد كل شيء، يدرك الكثيرون بالفعل أن الذكاء الاصطناعي بدأ يصل إلى مستويات فوق طاقة البشر في العديد من المهام الحسابية. ما هو المختلف في الاكتشاف الحالي؟

الجواب ذو شقين: فهم أن التمثيلات الافتراضية لخلايا الشبكة تساعد الذكاء الاصطناعي على العمل، وظهورها التلقائي في الشبكات العصبية الاصطناعية، يمكن أن يساعدنا أيضًا في فك رموز نشاط الدماغ البشري نفسه. بل أكثر من ذلك - قد يلمح إلى الطريق إلى مستقبل الشبكات العصبية الاصطناعية.

لنبدأ بالبيان الأول. ولا يزال الدماغ، في كثير من النواحي، صندوقًا أسود. نحن نفهم بشكل تقريبي وعام الطريقة التي تعمل بها الخلايا العصبية المختلفة والطرق التي تتواصل بها مع بعضها البعض. نحن نعلم أن المواقع المختلفة في الدماغ مسؤولة عن مهام مختلفة: الحصين مسؤول عن تطوير الذكريات طويلة المدى، على سبيل المثال، في حين ترتبط اللوزة بتنظيم العواطف واتخاذ القرارات. نحن نفهم أن إجمالي نشاط الدماغ يخلق التفكير والوعي الذاتي. لكننا ما زلنا لا نملك نموذجًا علميًا واضحًا لكيفية السماح بتدفق المعلومات في الدماغ - وهو حاسوب عملاق يزن رطلًا وقليلًا مع استهلاك منخفض للطاقة بشكل لا يصدق - لحدوث كل هذه الأشياء. ونجد صعوبة في إجراء تجارب بالدقة المطلوبة -على المستوى الخلوي- لفهم طريقة عمل الدماغ.

تسمح لنا الشبكات العصبية الاصطناعية، لأول مرة، بتتبع عمل الدماغ البشري. أنا لا أحاول الادعاء بأنها محاكاة مثالية للعقول البيولوجية. والحقيقة هي أنها تختلف كثيرًا في كثير من النواحي عن الدماغ البيولوجي، لكن الحقيقة هي أن التمثيلات الافتراضية لخلايا الشبكة نشأت تلقائيًا في الشبكات العصبية الاصطناعية. وليس هذا فحسب، بل تدعم هذه التمثيلات نشاطًا مشابهًا لنشاط خلايا الشبكة البيولوجية. من الواضح لنا أن الدماغ "يعمل" على نظام حسابي يشبه بشكل واضح الشبكات العصبية الاصطناعية، وأي نظرية يتم العثور عليها عن الطريقة التي تعمل بها الشبكات العصبية في الكمبيوتر، سيكون لها أيضًا عواقب على فهمنا للدماغ. بحد ذاتها. ولذلك، فإن إجراء عمليات محاكاة لمناطق الدماغ في الشبكات العصبية الاصطناعية سيساعدنا على فك رموز الطريقة التي تعمل بها الهياكل والمناطق في الدماغ البشري.

وإذا ثبتت صحة هذا القول، فإن له أهمية كبيرة في دراسة الدماغ. قال عالم الفيزياء ريتشارد فاينمان الحائز على جائزة نوبل: "ما لا أستطيع خلقه، لا أفهمه". إذا لم نتمكن من إنشاء هياكل تشبه الدماغ وفحصها بدقة عالية، فلن نتمكن من فهم الدماغ البشري بشكل كامل. توفر لنا الشبكات العصبية الاصطناعية طريقة لاختبار أفكار حول الدماغ لم نتمكن من اختبارها من قبل.

وهذا ليس سوى التنبؤ الأول للمستقبل.

ويستند التنبؤ الثاني إلى حقيقة أن الشبكات العصبية الاصطناعية في أبحاث ديب مايند طورت بشكل عفوي "خلايا شبكية"، نتيجة للطريقة التي تم تدريبها بها على حل مشاكل الملاحة. هل من الممكن أن تكون الشبكات العصبية الاصطناعية الأكثر تطوراً (أكثر بكثير) قادرة على تطوير هياكل أكثر تعقيدًا تلقائيًا في المستقبل، ومحاكاة أجزاء من الدماغ البشري؟

أعلم أن هذه الفكرة تبدو غريبة في ظاهرها. إن هياكل "خلايا الشبكة" الافتراضية بسيطة للغاية، ولا يمكن مقارنتها بالهياكل الأكثر تعقيدًا في الدماغ، مثل الحصين أو الفص الجبهي. لكننا بدأنا ندخل فترة من المعجزات والعجائب: بعض الشبكات العصبية الاصطناعية أصبحت الآن قادرة على "إنتاج ذرية" - أي إنشاء وتطوير شبكات فرعية عصبية اصطناعية تكون مناسبة بشكل خاص لأداء مهمة معينة، وتحمل في الخارج على مستوى أعلى من النجاح من المبرمجين البشر[5]. تعتمد عملية تطوير هذه الشبكات العصبية الاصطناعية على التجربة والخطأ - حيث يقوم الذكاء الاصطناعي بتشغيل آلاف الشبكات العصبية الاصطناعية، واختيار أكثرها كفاءة، ثم يقوم بتحسينها حتى تصبح قادرة على أداء المهام الموكلة إليها.

هل من المبالغة الاعتقاد أنه في عملية التطور السيليكو (أي على الكمبيوتر) لشبكات عصبية اصطناعية متطورة، يمكن أن تنشأ أيضًا مناطق معقدة تحاكي أنشطة الأدمغة البيولوجية؟

إذا حدث ذلك، فقد نجد أن مؤلف الخيال العلمي روبرت هاينلاين كان على حق بعد كل شيء. في كتابه "الطغيان أبيض"، وصف هاينلين حاسوبًا عملاقًا مستقبليًا يطور الوعي الذاتي منذ اللحظة التي يصبح فيها معقدًا وكبيرًا بدرجة كافية. فهل من الممكن أن تتمكن الشبكات العصبية الاصطناعية من تطوير - ولو عن غير قصد - هياكل من شأنها أن تزودها بالوعي الذاتي، على غرار ذلك الموجود في الدماغ البشري؟

ومع ذلك، فمن الواضح أن مثل هذا التطور لن يتحقق في السنوات المقبلة. إن إجراء محاكاة كاملة للدماغ البشري هي مهمة لم نقترب بعد من إنجازها، ولا تمثل الشبكات العصبية الاصطناعية سوى جوانب معينة من الأدمغة البيولوجية، في حين تتجاهل العديد من الجوانب الأخرى. ومع ذلك، فمن المذهل أن نتساءل ونفكر فيما إذا كانت حتى هذه الشبكات العصبية الاصطناعية البسيطة (فيما يتعلق بالدماغ البشري) يمكنها تطوير الوعي الذاتي، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف يمكننا التعرف عليه.

دور م

يعد الفيزيائي وباحث الذكاء الاصطناعي روبن هانسون أحد الأكاديميين الذين تمكنت أفكارهم بالفعل من تغيير العالم. لقد طور وأتقن مفهوم "أسواق التنبؤ"، على سبيل المثال، والذي تستخدمه العديد من الشركات اليوم التنبؤ بالمستقبل بشكل أفضل[6]. كتب الخبير الاقتصادي بريان كابلان أن -

"عندما يخبرني خبير اقتصادي نموذجي عن أحدث أبحاثه، فإن إجابتي المعتادة هي: "هاه، ربما". وبعد ذلك أنسى الأمر. عندما يخبرني روبن هانسون عن أحدث أبحاثه، فإن إجابتي المعتادة هي "مستحيل! مستحيل!" وبعد ذلك أفكر في الأمر لسنوات".

في كتابه الأخير، منعطف EM (عصر EM)[7]يحاول هانسون تطوير فكرة جديدة "مستحيلة" وفك رموز الشكل الذي سيبدو عليه العالم الذي سيكون من الممكن فيه تشغيل محاكاة كاملة للعقول البشرية على الكمبيوتر (العقول المقلدة). ويصف عالمًا مستقبليًا تحل فيه "أدمغة الكمبيوتر" محل البشر في معظم المهام، وتؤدي الوظائف لنا بكفاءة وسهولة، بل وتطور أفكارًا مبتكرة حول الحياة والموت والإنسانية. هذا هو المستقبل الذي يبعد عنا مائة عام، وفقًا لهانسون، ولكن إذا كان على حق، فسيكون أطفالنا بالفعل جزءًا منه، وكذلك الحال بالنسبة للعديد من الشباب الذين يعيشون اليوم.

للوصول إلى المستقبل الذي وصفه هانسون، لا نزال بحاجة إلى عدد كبير من الإنجازات العلمية والتكنولوجية - التي لا ندرك حتى أن بعضها موجود اليوم. ولعل البحث الذي تناولته هنا، والذي طورت فيه شبكة عصبية اصطناعية بنية شبيهة بالبيولوجية، هو أحدها، ويقدم لنا إشارة أخرى على الطريق إلى مستقبل العقول المحوسبة. ويبدو أن هذا أيضًا هو الهدف النهائي للباحثين في DeepMind، الذين أوضحوا بالفعل في إحدى المقابلات أن -

"شخصيًا، لا نفكر في أي استخدام آخر غير إنشاء خوارزمية ذات أغراض عامة. الدماغ هو المثال الوحيد الذي لدينا لخوارزمية ذات أغراض عامة، فلماذا لا ننسخ منه؟

أنت مدعو لقراءة المزيد عن مستقبل الذكاء الاصطناعي والعقل البشري في دليل المستقبل و "من يتحكم بالمستقبل"، في المكتبات المختارة (وتلك التي هي على ما يرام).

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• فهم قدرات الوعي بمساعدة أبحاث الدماغ
• تحليل الذكاء الاصطناعي لفهم العقل البشري بشكل أفضل
• أخلاقيات الذكاء الاصطناعي: "ترك الإنسان في الحلقة"