Uciderea unei metafore
● John von Neumann, Computerul și creierul, traducere de Alina Luca, Editura Curtea Veche, 2022.
Metafora este figura de stil preferată a cercetătorului în neuroștiințe. Înțelegererea funcționării creierului a evoluat de-a lungul istoriei în ritmul dat de înlocuirea metaforelor-cadru. Ca instrument științific, metafora e utilă în studiul unei probleme pentru punerea în lumină a unor aspecte ce au rămas neobservate ori cărora li s-a acordat prea puțină atenție. În același timp, poate limita și dăuna cercetării atunci cînd nu este mînuită corespunzător: întocmai prin fixarea perspectivei cu ajutorul cadrului pe care îl oferă vehiculul metaforei pot fi ascunse părți importante ale obiectului investigației, sau se poate acorda o atenție necuvenită unor piste moarte.
O metaforă este considerată inadecvată dacă prejudiciul cauzat de potrivirea inevitabil parțială a celor două componente este mai mare decît cîștigul adus de privirea problemei dintr-un unghi nou ce permite întrebuințarea unor unelte și teorii bine cunoscute. Atunci cînd se observă inadecvarea, se recomandă schimbarea. Din nefericire, detectarea inadecvării poate dura mult. Ciclul de viață scurt al metaforelor eșuate din neuroștiințe se explică însă prin originea cea mai comună a vehiculului: creierul a fost comparat iar și iar cu tehnologia dominantă a momentului. Departe de a fi doar o simplificare grosolană, mărturie a naivității cercetătorilor, explicarea orînduirii creierului prin disecarea obiectelor tehnologice la îndemînă este în fond o recunoaștere a complexității problemei: în lipsa unei alternative mai bune, creierului i se rezervă pentru comparație cea mai avansată teorie a vremii. Atît s-a putut.
Renașterea interesului pentru automatele animate de arcuri, roți zimțate și sisteme hidraulice în secolul al XV-lea permite formularea mecanicismului în secolul al XVII-lea și compararea creierului cu o mașinărie complexă. Thomas Hobbes descrie, în Leviatanul, apariția gîndurilor din mici mișcări mecanice care au loc în interiorul creierului. Descartes, fascinat de mișcarea statuilor hidraulice din grădinile regale Saint-Germain, imaginează un automat cerebral hidraulic acționat de circulația prin nervi a „spiritelor animale“ încărcate cu informație motorie și senzorială. Spiritele animale rezultă din filtrarea graduală a sîngelui la ieșirea din inimă. Particulele fine ale spiritelor sînt apoi transportate către ventricule, prin glanda pineală. Din glanda pineală, spiritele pătrund prin porii creierului și în nervi. Nervii sînt tuburi goale străbătute de fibre lungi care leagă organele senzoriale de mici valve din pereții ventriculelor.
Niels Steensen, anatomistul danez, consideră că, din moment ce creierul este o mașinărie, nu putem spera să înțelegem cum funcționează prin alte mijloace decît cele folosite pentru înțelegerea oricărei alte mașinării. În lucrarea Curs despre anatomia creierului, susține că mai întîi trebuie să dezmembrăm creierul bucată cu bucată și apoi să încercăm să aflăm ce rol au acestea luate separat și împreună. Pentru îndeplinirea scopului, propune mai multe metode de disecție. Gottfried Leibniz îl îndeamnă să lase jos bisturiul, contrazicîndu-l cu o metaforă: dacă am intra în creier precum într-o moară, am vedea componentele mecanice, dar nu am observa gînduri, căci funcționalitatea nu poate fi înțeleasă doar prin observarea componentelor fizice ale unui mecanism. Creierul, o mașinărie, o fîntînă, un ceas, o moară.
Continuăm vizita în muzeul figurilor de stil moarte călătorind la mijlocul secolului al XVIII-lea. După o serie de descoperiri importante în domeniul electricității și al chimiei, ne aflăm în toiul disputei iscate de picioarele de broască ce se contractă în experimentele lui Luigi Galvani și Allessandro Volta. Giovanni Aldino, nepotul și urmașul lui Galvani, se folosește de principiile aparent contradictorii ale celor doi rivali, electricitatea animală și cea bimetalică, pentru a-și formula propria teorie despre funcționarea creierului. Într-o serie de experimente publice, stimulează electric mai multe regiuni cerebrale (in situ, post mortem) pentru a le determina sensibilitatea la galvanism. Obținerea unor efecte pozitive impresionează puternic asistența și inspiră crearea monstrului lui Frankenstein.
În secolul al XIX-lea, Freud folosește metafora motorului cu aburi pentru a descrie aparatul minții umane – un sistem psiho-dinamic în care circulă energie psihică și care nu poate fi nici creat, nici distrus. Fizicianul și medicul Hermann von Helmholtz preferă telegraful. Analogia pornește de la observația că atît telegraful, cît și sistemul nervos implică o comunicație aproape instantanee, iar firele de telegraf, precum nervii, pot îndeplini mai multe roluri, în funcție de aparatele conectate la terminațiile acestora: „Putem trimite mesaje, exploda mine, descompune apa, mișca magneți, magnetiza fier, produce lumină ș.a.m.d. Similar pentru nervi”.
Santiago Ramón y Cajal lucrează la nivel micro. El folosește metafora telegrafului doar pentru a descrie structura unui singur neuron, nu a întregului creier: „Celula nervoasă constă dintr-un aparat pentru recepționarea curentului, anume expansiunile dendritice și corpul celulei, un aparat pentru transmisie, reprezentat de cilindrul axial lung, și un aparat pentru diviziune ori distribuție, reprezentat de arborizația terminală”. Metafora se dovedește utilă și pentru descrierea sinapselor, ce încă nu poartă un nume: „Contiguitatea ori contactul sînt necesare pentru transmiterea curentului de la o celulă la alta, precum în înnădirea a două fire de telegraf”. Cu toate astea, Santiago Ramón y Cajal nu crede că telegraful fix oferă un model suficient de fidel realității, din cauza lipsei plasticității rețelei.
La sfîrșitul secolului, tehnologia comunicațiilor telefonice rezolvă deficiența suficient de convingător pentru Henri Bergson: „Creierul nu este nimic mai mult decît un soi de centrală telefonică: rolul său este să permită comunicarea ori să o întîrzie... Constituie cu adevărat un centru, unde excitația periferică este pusă în relație cu mecanismul motor acesta sau celălalt”.
Creier/computer
Creierul – un circuit electric, un motor cu aburi, un telegraf, o centrală telefonică – a fost, așadar, multe lucruri pînă să ajungă să fie un calculator. În 1943, la începutul erei tehnologiei computaționale, Warren McCulloch și Walter Pitts împrumută limbajul ingineriei electrice și compară creierul cu un computer: anatomia sistemului nervos este comparată cu o schemă de conexiuni, iar fiziologia neuronului cu un releu. Lăsînd la o parte upgradarea analogiei centralei telefonice cu cea a unui computer, observația cu adevărat importantă pe care o fac cei doi este că activitatea neurală este computațională, iar calculele neurale pot explica cogniția: mintea umană este un sistem de procesare informațională, iar cogniția și conștiința la un loc sînt o formă de calcul. Vom reveni asupra computaționalismului și a științelor cognitive după vizitarea ultimului exponat.
Computerele au fost construite după modelul minții umane, cu scopul reproducerii proceselor cognitive. Compararea creierului cu un computer întoarce astfel metafora inițială pe dos, completînd un cerc imperfect. Pe de-o parte, metafora creier/computer a condus la dezvoltarea unei ramuri importante a inteligenței artificiale, iar pe de alta, a dat naștere multor confuzii prin mascarea diferențelor dintre rețelele neurale naturale și cele artificiale. Metafora a fost rapid identificată ca fiind inadecvată și expusă în galeria noastră încă de acum multe decenii. Totuși, încă se mai depun eforturi considerabile pentru a o ucide. Confuzia cercetătorilor în neuroștiințe care insistă că metafora trebuie înlocuită cu una mai potrivită apare din atribuirea termenului de calculator sensul de computer. Să luăm cei doi termeni pe rînd.
Eseul Computerul și creierul, scris de matematicianul John von Neumann în 1956, cu puțin timp înainte să moară, și rămas neterminat, a fost inițial destinat unei serii de prelegeri la Yale. Publicată postum, în 1958, cartea este în primul rînd un obiect cu valoare istorică: surprinde starea tehnologiei computaționale și înțelegerea creierului din acel moment, fiind prima lucrare care compară cele două sisteme de calcul în detaliu. Totodată, este o curiozitate lingvistică ce stă mărturie transformării radicale a terminologiei calculatoarelor. În prima parte a cărții, von Neumann descrie computerele și arhitectura lor, înregistrînd cu minuțiozitate date numerice legate de capacitatea, viteza, performanța și costul lor. În cea de-a doua, prezintă structura și caracteristicile creierului și ale sistemului nervos, iar apoi listează asemănările și deosebirile între computer și creier.
Contrar așteptărilor, relevanța primei părți nu este limitată la domeniul arhivelor. Deși descoperirile în neuroștiințe din ultimele decenii au invalidat o bună parte din ceea ce se credea despre creier în anii ’50, computerele au rămas în mod esențial aceleași, fiind încă construite pe baza arhitecturii von Neumann. Ea presupune o unitate centrală de procesare ce conține o unitate aritmetică/logică, regiștri de procesor și o unitate de control cu regiștri de instrucțiuni și contor de program, o memorie volatilă care stochează date și instrucțiuni, o unitate de stocare externă și mecanisme de intrare și de ieșire. De fapt, și modul de funcționare al computerelor a rămas fundamental același: în memoria volatilă a mașinii sînt încărcate programe secvențiale ce dictează tipul și ordinea pașilor computaționali ce sînt executați de unitatea de procesare centrală.
Citirea cărții poate avea așadar ca efect secundar demistificarea computerului prin înțelegerea arhitecturii sale. În același timp, pentru a evita capcana în care autorul prefeței ediției a treia, Ray Kurzweil, pare să fi căzut, trebuie subliniat caracterul speculativ al celei de-a doua părți a eseului. De altfel, von Neumann recunoaște că se știe prea puțin despre rolul creierului în gîndire și despre cum funcționează memoria, și că nu are de ales decît să speculeze în încercarea sa de a trasa o paralelă. De aceea, poate, punctează mai degrabă diferențele între creier și mașinile computaționale digitale și mixte ale vremii și importanța acestor nepotriviri: de la dimensiune, capacitate de stocare, viteză și acuratețe a calculului la diferența între paralelismul masiv și secvențialitatea realizării computațiilor sau între adîncimile logice ale șirurilor de calcul posibile.
Este așadar greu de afirmat că von Neumann „definește o echivalență esențială între creierul uman și un computer” precum susține Kurzweil. El oferă mai curînd o analiză echilibrată (deși bazată pe o serie de supoziții precum cea a caracterului digital al sistemului nervos ce nu puteau fi infirmate ori confirmate fără dezvoltarea neuroanatomiei, neurofiziologiei sau neurobiologiei) și sugerează cîteva posibile direcții de cercetare viitoare în neuroștiințe computaționale ori inteligență artificială.
S-ar părea că uciderea metaforei creier/computer a început chiar cu eseul lui von Neumann: analiza arată că, deși există unele similitudini, creierul nu este în esență un computer digital. Deși au fost aduse modificări mașinii de calcul, de la creșterea vitezei de procesare și a capacității memoriei la introducerea paralelismului ori acceptarea unui caracter digital-analogic hibrid, cunoștințele dobîndite între timp despre creier și despre gîndirea umană reconfirmă inadecvarea metaforei. Totuși, în ultimii ani, un număr tot mai mare de experți în neuroștiințe, științe cognitive, psihologi și filosofi încearcă să stabilească raportul stilistic dintre creier și computer – comparație, metaforă, ori descriere precisă – și necesitatea și oportunitatea acestuia – îngrădește și deformează ori alimentează și luminează cercetarea.
Pentru a înțelege de ce, apelăm din nou la metaforă și ne imaginăm cartea lui von Neumann ca pe o cameră de muzeu. Pe un perete avem o serie de planșe cu anatomia unei pisici. Deși au fost pictate folosind pigmenți naturali instabili pe o hîrtie ce a început să se destrame, planșele, înfățișînd scheletul, musculatura și organele pisicii, sînt apropiate realității. O descriere detaliată și corectă, scrisă într-un limbaj arhaic al Scandinaviei secolului al XVIII-lea, documentează caracteristicile fizice, habitatul și comportamentul animalului. Dacă un extraterestru ar încerca să afle ce este o pisică, exponatele i-ar fi cu adevărat de folos. Pe peretele opus, un animal împăiat ce seamănă vag cu un leu ne dă indicii că ne aflăm în Muzeul Castelului Gripsholm. Deasupra obiectului curios, stă scris: „Leul, o pisică”. Ce înțelegem însă prin „pisică”? Felis catus, specia domestică, ori felid, membru al familiei Felidae? În funcție de semantica aleasă, avem de a face fie cu o metaforă proastă, fie cu o caracterizare precisă și adevărată. Înapoi în lumea informaticii, rolul pisicii este jucat de calculator.
Dacă prin calculator înțelegem o mașinărie programabilă construită după o arhitectură von Neumann care procesează secvențial, discret și pasiv date de intrare, atunci avem o metaforă proastă, deja ucisă. Jos armele. Dacă înțelegem un obiect care implementează algoritmi pentru rezolvarea funcțiilor calculabile (în sensul general al tezei Church-Turing), cu alte cuvinte, care poate, în teorie, rezolva orice funcție calculabilă, avem o descriere acceptată de majoritatea cercetărilor în științe cognitive, neuroștiințe, ori neuroștiințe computaționale.
Lăsînd la o parte critica dualismului și neînțelegerile asupra definiției calculatorului, teoria computațională a minții este încă ipoteza principală de lucru a științelor cognitive. Fie că vorbim de forma clasică a teoriei, propusă de Hilary Putnam și apoi apărată de Jerry Fodor, fie că vorbim de conecționism, ce respinge ipoteza limbajului gîndirii, ori de teoriile ce resping ideea că cogniția este o manipulare de reprezentări, creierul este cel puțin un calculator.
Claudia Chiriță este cercetător asociat în logică și inteligență artificială la Facultatea de Matematică și Informatică, Universitatea din București.
