Menu
Forfattere
Inden for kunstig intelligens, som har stor indflydelse på vores liv i dag, er udtrykket “neuralt netværk” blevet mere og mere populært. Det refererer normalt til et tæt net af simple enheder, som hver især kan være i en af to tilstande (tændt/slukket) og påvirke tilstanden af andre enheder, der er forbundet til den. Hvad er egentlig forholdet mellem den måde, en nervecelle fungerer på, og den måde, kunstig intelligens fungerer på? Hvordan kan et kunstigt neuralt netværk sammenlignes med et netværk af neuroner i den menneskelige hjerne? Denne artikel forsøger at besvare disse spørgsmål. Vi vil opsummere, hvordan tænkning foregår, give en kort beskrivelse af, hvordan en nervecelle fungerer, beskrive lighederne mellem en nervecelle og en basisenhed i et logisk system og til sidst vise, hvordan det at forbinde flere sådanne enheder er grundlaget for kunstig intelligens.
Lige fra kulturens begyndelse har mennesker været fascineret af deres evne til at tænke, opfatte, klassificere og træffe beslutninger. En almindelig opfattelse inden for psykologi og filosofi er, at vores tanker og ideer er abstrakte, grundlæggende begreber, som bliver forbundet med hinanden i forskellige kombinationer, efterhånden som vi oplever verden omkring os. Navnet på denne forestilling er associationisme, ifølge associationismen er tænkning en slags vandring rundt i et indbyrdes forbundet netværk af begreber, der er forbundet med hinanden med forskellige styrker. Udløseren for strejftoget kan være et eksternt, sensorisk input som syn, lyd, lugt eller berøring.
Lad os for eksempel forestille os en gruppe af begreber: sur, sød, lille, stor, rød, citron, jordbær og vandmelon (figur 1). Associationisme betyder, at når man tænker på et jordbær, så aktiveres de associerede, jordbærrelaterede begreber, såsom rød, lille og sød (men ikke citron, stor eller vandmelon). Styrken af forbindelserne mellem de associerede begreber opbygges af vores interaktion med verden omkring os. Jo mere vi oplever en sød smag sammen med synet af en frugt, der tilfældigvis er rød, jo stærkere bliver forbindelsen mellem de tre begreber.
Associationisme er interessant for forskere, der forsøger at forstå, hvordan den menneskelige hjerne fungerer. Hvad sker der inde i hjernen, når vi forstår et begreb som “jordbær”? Rejsen mod et svar på dette spørgsmål begyndte tilbage i 1835, efter udviklingen af metoder, der muliggjorde mikroskopiske observationer af hjernevæv i høj kvalitet. Disse tidlige observationer viste, at hjernen består af nerveceller, også kendt som neuroner som er forbundet med hinanden gennem fine fibre [1]. I årenes løb førte disse fund til udviklingen af en hypotese, der kaldes neuron doctrine, som forbinder associationisme med hjernens struktur. Tænk på det på denne måde: Et begreb (såsom rød, lille eller sød) er repræsenteret i hjernen ved aktivering af neuroner. Fibre forbinder klynger af neuroner, og det understøtter associationen mellem begreber. Unikke grupper af neuroner bliver aktive, når vi tænker på et komplekst begreb eller ser et objekt for øjnene, som et jordbær eller en vandmelon (figur 1).
Men hvad sker der egentlig i en nervecelle, når man tænker på begrebet rød? De første spor kom i 1926 med udviklingen af avanceret elektronik, der gjorde det muligt at identificere og karakterisere elektriske signaler i nerverne. Disse elektriske signaler opstår, når en nervecelle er aktiv [2], og de involverer en lille ændring i den spænding, der måles mellem de to sider af nervecellens membran. Den vandige opløsning mellem alle kroppens celler (inklusive neuroner) ligner nemlig havvand med høje koncentrationer af natrium ioner, (Na+ ) og lave koncentrationer af kaliumioner (K+ ). Na+ og K+ er almindelige ioner, der bærer positive elektriske ladninger. Inde i nervecellen er K+ i høj koncentration, og Na+ er i lav koncentration. Denne forskel mellem de interne og eksterne ionkoncentrationer fører til en spændingsforskel mellem indersiden og ydersiden af cellen, ligesom forskellen mellem de to poler i et batteri. Måling af spændingen viste, at den elektriske aktivitet i en nervecelle er en meget kort (en brøkdel af et sekund) ændring i det elektriske potentiale inde i nervecellen. Dette fænomen blev kaldt en neural impuls eller “spike” (figur 2). I dag ved vi, at spike skyldes strømmen af Na+ og K+ ioner gennem cellens membran. For at skabe en nerveimpuls skal nervecellen modtage en stimulering, der er stærkere end en vis tærskel; hvis stimuleringen ikke er stærk nok, sker der ingenting.
Denne “alt-eller-intet”-respons fra nervecellen svarer til en tænd/sluk-kontakt til et lys. Vi kan tænke på det i numeriske termer som 1 (alt) eller 0 (intet). Det betyder, at styrken af den stimulering, der forårsager den neurale impuls, ikke påvirker størrelsen af den neurale impuls. Disse neurale impulser giver os mulighed for at føle, tænke, bevæge os og meget mere. Bemærk, at den elektriske aktivitet i hjernen er resultatet af elektriske impulser i mange nerveceller på samme tid.
På dette tidspunkt var der stadig et vigtigt ubesvaret spørgsmål: Hvordan kan et net af tænd/sluk-kontakter helt præcist forklare, hvordan mennesker tænker og handler intelligent? Søgningen efter et svar på dette spørgsmål har givet anledning til et spændende forskningsfelt, der påvirker vores daglige liv – artificial intelligence (AI). Kunstig intelligens hjælper mennesker inden for mange områder, herunder videnskab og teknik. Disse teknologier kan bruges til at udføre opgaver lige fra identifikation og sortering af medicinske data og billeder til kontrol af komplekse maskiner som selvkørende biler. Oprindelsen til kunstig intelligens kan spores tilbage til 1943, hvor forskere foreslog en mulig forbindelse mellem to meget forskellige videnskabelige domæner: matematisk logik og driften af netværk af neuroner [3]. Men hvad er den unikke forbindelse mellem disse to domæner?
En væsentlig del af tankeprocessen kan beskrives som en kæde af udsagn, der gennemgår sand/falsk-tests. Lad os bruge et eksempel på den tankeproces, en læge bruger, når en patient kommer ind på hendes kontor og klager over smerter i brystet. Lægen har mistanke om, at årsagen til brystsmerterne er et hjerteanfald. Men for at diagnosticere et hjerteanfald skal mindst to af følgende udsagn være sande: [a] Smerter i brystet – ja eller nej? [b] Ændringer i hjertets elektriske aktivitet – ja eller nej? [c] Ændringer i mængden af et bestemt protein i blodet – ja eller nej? Det betyder, at hvis patienten kun klager over brystsmerter (hvilket betyder, at svaret på [a] er “ja”), er det ikke nok til at diagnosticere et hjerteanfald; lægen vil kun diagnosticere et hjerteanfald, hvis svaret på udsagnene [b] og/eller [c] er “ja”, ud over brystsmerterne. Lægen stiller diagnosen baseret på et logisk udtryk. “Hvis [a] og [b] er sande, eller [a] og [c] er sande, eller [b] og [c] er sande, eller [a] og [b] og [c] er sande, så er der tale om et hjerteanfald.”
Så eftersom en nervecelle reagerer på en alt-eller-intet-måde og kun kan være i én af to tilstande (0-ikke aktiv eller 1-aktiv), kunne et netværk af nerveceller så repræsentere processen med at diagnosticere et hjerteanfald? Figur 3 viser et sådant netværk. Dette netværk har to lag. Det første lag, kaldet inputlaget, består af tre celler, hvis aktivitet repræsenterer de tre tegn på et hjerteanfald: celle [a] repræsenterer brystsmerter, celle [b] repræsenterer ændringer i hjertets elektriske aktivitet, og celle [c] repræsenterer ændringer i proteinkoncentrationen i blodet. Det andet lag (outputlaget) indeholder kun én neuron, som modtager det summerede input fra de tre celler i det første lag. Aktiviteten af denne ene neuron i det andet lag afgør, om betingelserne for at diagnosticere et hjerteanfald er blevet opfyldt (figur 3).
Forskerne fandt ud af, at det, et netværk kan beregne, bestemmes af relationerne mellem lagene, af styrken af forbindelserne og af tærskelværdien for aktivering af nervecellen. Det ser ud til, at næsten ethvert logisk udtryk kan beskrives i form af et neuralt netværk. Denne opdagelse var grundlaget for kunstig intelligens, som er baseret på aktiviteten i netværk, der indeholder tusindvis af “celler” og mange “lag”, og som nu er en del af næsten alle områder af vores liv.
Yderligere vigtige fremskridt blev gjort, da forskerne fandt ud af, hvordan man “lærer” netværket – gennem erfaring – at identificere objekter, der præsenteres for inputlaget, gruppere dem og træffe den “rigtige” beslutning i outputlaget. Læringen sker ved at ændre styrken af forbindelserne mellem cellerne eller ved at ændre tærskelværdien. I figur 3 kunne netværket f.eks. “trænes” til at identificere et hjerteanfald, hvis og kun hvis alle tre betingelser – [a] og [b] og [c] – var sande; “læringen” kunne opnås ved at ændre tærskelværdien for cellen i det andet lag til 2,5 i stedet for 2.
Der er stadig mange udfordringer for forskere, som er interesserede i at lave analogier mellem kroppens neurale netværk og kunstig intelligens. Flere af disse udfordringer skyldes de forskelle, der er mellem en abstrakt, matematisk repræsentation af en nervecelle og en rigtig nervecelle i kroppen. Men den største udfordring af dem alle bliver ved med at nage vores hjerner – er det alt, hvad en person er? Er alle vores følelser, tanker og ønsker – hele vores personlighed – blot et netværk af elektriske og kemiske komponenter, der sidder i hjernen? Dette svar vil sandsynligvis ikke blive leveret af kunstig intelligens; vi bliver nødt til at blive ved med at tænke over det selv.
Associationisme: Ideen om, at når vi oplever verden, forbinder vi abstrakte, grundlæggende begreber med hinanden i forskellige kombinationer. For eksempel udgør sød, rød og lille objektet “jordbær”.
Neuron: En hjernecelle, der er i stand til at generere elektriske impulser.
Neuron-doktrinen: Ideen om, at vores ideer eller begreber er repræsenteret i hjernen ved aktivering af en eller flere nerveceller. Fibre forbinder nerveceller, der repræsenterer lignende grundlæggende begreber.
Ioner: Ladede atomer eller molekyler. En positivt ladet ion kaldes kation; en negativt ladet ion kaldes anion.
Neural impuls: En lille, hurtig ændring i spændingen mellem to sider af cellemembranen, som skyldes bevægelse af ioner mellem indersiden og ydersiden af cellen.
Kunstig intelligens: Adfærd hos en computer eller anden maskine, der afspejler en intelligens, der normalt kun tilskrives en person. For eksempel en computer, der spiller skak, fuldfører sætninger eller opsummerer en artikel.
Logisk udtryk: En kæde af operationer som “hvis-så”, “og”, “eller” eller “ikke”, der udføres på data, der er lagt ind i systemet; resultatet er “sandt” (1) eller “falsk” (0).
[1] Chvátal, A. 2015. Opdagelse af nervevævets struktur, del 2: Gabriel Valentin, Robert Remak og Jan Evangelista Purkyně. J. Hist. Neurosci. 24:326-51. doi: 10.1080/0964704X.2014.977677
[2] Adrian, E. D., og Zotterman, Y. 1926. Impulserne produceret af sensoriske nerveender: del 3. Impulser oprettet ved berøring og tryk. J. Physiol. 61:465-83.
[3] McCulloch, W. S., og Pitts, W. 1943. En logisk beregning af de ideer, der er immanente i nervøs aktivitet. Bull. Math. Biophys. 5:115-33.
Vores fantastiske hjerner giver os mulighed for at gøre utrolige ting, men alligevel er de stadig mystiske på mange måder. Forskere har opdaget nogle situationer, hvor hjernen kan “narres”, og denne indsigt i hjernens indre arbejde har ført til nogle spændende nye teknologier, herunder virtual reality (VR). Ud over sin velkendte rolle inden for spil og underholdning har VR nogle fantastiske anvendelsesmuligheder inden for medicin. VR kan hjælpe patienter med at håndtere smerter, og det kan også hjælpe kirurger med at øve delikate procedurer og vejlede dem under operationer. Andre fremskridt kaldet hjerne-maskine-grænseflader kan lytte til hjernens snak og oversætte tanker til kommandoer til computere eller endda robotlemmer, hvilket i høj grad kan forbedre livet for mennesker med visse handicap. I denne artikel vil vi forklare, hvordan forskere bruger resultater fra banebrydende hjerneforskning til at producere spændende nye teknologier, der kan helbrede eller endda forbedre hjernens funktioner.
…
Dette studie undersøger, hvordan opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) påvirker gravide kvinder med fokus på, hvad det betyder for deres helbred. Forskningen er rettet mod unge og teenagere og hjælper med at forklare komplekse videnskabelige ideer på en måde, der er let at forstå. Den starter med at forklare, hvad ADHD er: en almindelig tilstand, der begynder i barndommen og kan fortsætte ind i voksenalderen. Derefter ser forskningen på de specifikke problemer, som kvinder med ADHD kan have, når de er gravide, f.eks. en højere risiko for depression, angst og komplikationer under graviditeten. Ved at undersøge detaljerede sundhedsjournaler fra mange forskellige kilder og sammenligne erfaringerne fra gravide kvinder med og uden ADHD finder undersøgelsen, at kvinder med ADHD er mere tilbøjelige til at få alvorlige helbredsproblemer, når de er gravide. Den viser dog også, at de, der tager ADHD-medicin, mens de er gravide, kan opleve et fald i disse helbredsproblemer, hvilket understreger vigtigheden af sikker brug af medicin. Undersøgelsen slutter med et råd til teenagere: Tal åbent med lægen, og træf informerede sundhedsvalg under graviditeten.
…
Alle får influenza eller forkølelse fra tid til anden. Vi designede et eksperiment for at undersøge, hvordan det påvirker hjernen at være syg oftere. For at gøre det brugte vi et stykke af en bakterie til at få voksne hanmus til at opleve symptomer på sygdom. Vi gav musene dette stof fem gange i alt. Musene fik det bedre i løbet af et par dage og holdt to ugers pause mellem eksponeringerne. Derefter målte vi, hvordan musene lærte og huskede ny information, og hvor godt deres hjerneceller arbejdede for at hjælpe dem med at lære. Vores eksperimenter tyder på, at sygdom ofte forstyrrer kommunikationen mellem hjernecellerne, så musene får problemer med at lære og huske. Vores data kan hjælpe læger med at forudsige, hvilke patienter der kan få hukommelsesproblemer, når de bliver ældre. Vores undersøgelse viser også, hvor vigtigt det er at holde sig så sund som muligt og tage skridt til at beskytte os selv og andre, når vi bliver syge.
…
Vidste du, at dine celler kan fortælle, hvad klokken er? Hver eneste celle i din krop har sit helt eget ur. Disse ure er ulig alle andre. Der er ingen tandhjul eller gear. Tiden indstilles af jordens rotation, så vores kroppe er perfekt afstemt med nat og dag. Selv om du måske ikke engang er klar over deres eksistens, styrer disse ure mange aspekter af dit liv. Fra hvornår du spiser og sover til din evne til at koncentrere dig eller løbe hurtigt – urene styrer det hele. Hvordan fungerer disse ure, og hvordan fortæller de tiden? Hvad sker der med vores ure, hvis vi ser tv sent om aftenen eller flyver til den anden side af jorden? Denne artikel undersøger disse spørgsmål og forklarer de videnskabelige opdagelser, der har hjulpet os med at forstå svarene.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife