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.
Forbrændinger er almindelige skader, der opstår, når varme, varme væsker, kemikalier, elektricitet eller endda solen beskadiger huden. Nogle forbrændinger er milde, som f.eks. solskoldning, mens andre kan være så alvorlige, at de beskadiger muskler, knogler eller endda organer. Mens de fleste forbrændinger er smertefulde, kan de mest alvorlige faktisk være smertefri, fordi de ødelægger nerverne. Forbrændinger svækker også hudens naturlige barriere, hvilket øger risikoen for infektion. Kroppen heler forbrændinger i tre faser, men dybere forbrændinger tager længere tid at komme sig over og kan efterlade permanente ar. Behandlingen afhænger af sværhedsgraden – nogle forbrændinger kan køles med vand, mens andre kræver akut lægehjælp. Denne artikel undersøger, hvad der forårsager forbrændinger, hvordan de klassificeres, og hvordan de heler, hvilket hjælper børn og deres omsorgspersoner med at forstå, hvordan man forebygger, håndterer og kommer sig efter disse skader.
…
Forestil dig dine knogler som fundamentet i et hus – de holder ikke kun din krop oprejst, men beskytter også dine organer og hjælper endda med at producere blodceller. Knogler består af en kombination af kollagen, som giver dem fleksibilitet, og mineraler som calcium, som giver dem styrke, og de spiller en afgørende rolle i kroppen. Vidste du, at dine tænder også er afhængige af stærke knogler? Alveolærknoglen, som støtter dine tænder, skal forblive sund for at sikre, at dit smil forbliver stabilt. Inde i knoglerne findes der specielle celler: osteoblaster opbygger ny knogle, mens osteoklaster “nedbryder” den gamle knogle. Når disse celler er ude af balance, kan der opstå knogletab omkring tænderne, som det ses ved parodontitis, en almindelig mundsygdom hos voksne. For at forebygge parodontitis er det afgørende at opretholde god mundhygiejne, en sund kost og en afbalanceret livsstil. Disse ting øger chancerne for, at dine knogler og tænder forbliver stærke og beskyttede gennem hele dit liv.
…
Bæredygtigt udviklingsmål 8: Anstændigt arbejde og økonomisk vækst har til formål at hjælpe mennesker med at få sikre og retfærdige jobs og tjene nok penge til at forsørge deres familier og lokalsamfund. Dette mål handler om at hjælpe virksomheder med at vokse på en bedre måde og behandle arbejdstagere retfærdigt. At skabe et nyt produkt, hæve eller sænke arbejdstagernes lønninger eller ændre måden, hvorpå arbejdet udføres, indebærer risikable beslutninger, som virksomhedsejere skal overveje. I øjeblikket er et stort spørgsmål, om virksomhederne skal holde fast i traditionelle metoder eller investere i smarte robotter og kunstig intelligens, som kan hjælpe dem med at arbejde hurtigere og bedre. Disse valg kan se enkle ud, men de har vigtige konsekvenser: hvor mange mennesker der får arbejde, hvilken slags arbejde de udfører, og endda hvor meget penge de tjener. I denne artikel vil vi undersøge, hvordan teknologi kan forandre den måde, mennesker arbejder på, og hvordan forskere kan bruge matematiske modeller til at få et indblik i, hvordan fremtidens arbejdspladser kan komme til at se ud.
…
Alle føler sig bange nogle gange, men når en frygt bliver så stærk, at den forhindrer os i at gøre ting, vi gerne vil eller skal, og forstyrrer vores dagligdag, kan det betragtes som en fobi. At være bange for skræmmende ting, som højder, havet eller rotter, er godt og vigtigt for overlevelsen, men for meget frygt kan være skadelig og forårsage psykisk eller fysisk lidelse. Fobier udvikles på grund af mange faktorer. En faktor er genetik, hvilket betyder, at fobier kan nedarves i familien. Fobier kan også skyldes miljømæssige påvirkninger, såsom særligt skræmmende oplevelser. Derudover kan fobier opstå på grund af noget, der kaldes frygtkonditionering, hvor hjernen lærer at forbinde noget harmløst med en følelse af fare. Fobier kan endda udvikle sig ved at se en anden være bange for noget ( ). I denne artikel diskuterer vi nogle af de måder, hvorpå en fobi kan udvikle sig, og hvordan de kan behandles.
…