Hét a tucatnyi különálló „mozgókép” közül, amelyekre a szem a látványt bontja, és amelyeket elküld az agyba

„Noha azt hisszük, hogy a maga teljességében látjuk a világot, igazából csak utalásokat, tér- és időbeli körvonalakat érzékelünk – írja Werblin. – Ez a tizenkét kép a világról alkotja az összes információt, ami valaha is rendelkezésünkre fog állni arról, hogy mi van odakint, és ebből a mindössze tizenkét képből rekonstruáljuk a vizuális világ gazdagságát. Kíváncsi vagyok, hogyan választotta ki a természet ezt a tizenkét egyszerű „mozgóképet”, és hogyan lehetséges, hogy elegendőek ahhoz, hogy ellássanak minket azokkal az információkkal, amikre láthatólag szükségünk van.” Az ilyen eredmények nagy előrelépéssel kecsegtetnek azoknak a mesterséges rendszereknek a kifejlesztése terén, melyek pótolhatják a szemet, a retinát és a látóideg alapszintű feldolgozását.

A 3. fejezetben említettem a robotika úttörőjének, Hans Moravecnek a munkásságát, aki visszafejtette a retinának és az agy alapszintű vizuális feldolgozó területeinek a képfeldolgozását. Moravec több mint harminc éven át alkotott rendszereket látórendszerünk azon képességének az emulálására, ahogy az leképezi a világot. A mikroprocesszorok számítási teljesítménye csak a közelmúltban érte el azt a szintet, hogy képes legyen lemásolni az emberi szintű alakérzékelést, és Moravec egy új robotnemzedéknél alkalmazza a számítógépes szimulációt, amely képes előre el nem tervezett módon, bonyolult környezetben, emberi szintű látással navigálni.^{318}

Carver Mead úttörő munkát végzett olyan különleges neurális chipek kifejlesztésében, melyek natív analóg üzemmódban használják a tranzisztorokat, ami által nagyon hatékonyan emulálható a neurális jelfeldolgozás analóg természete. Mead bemutatott egy chipet, amely ezt a megközelítést alkalmazva valósítja meg a retina funkcióit és a látóideg alapszintű transzformációit.^{319}

A vizuális felismerés egyik speciális típusa a mozgásérzékelés, ami a tübingeni Max Planck Biológiai Intézet egyik központi kutatási területe. Az alapvető kutatási modell egyszerű: hasonlítsuk össze az egyik receptor jelét egy szomszédos receptor időben későbbi jelével.^{320} Bizonyos sebességek mellett működik ez a modell, de ahhoz a meglepő eredményhez vezet, hogy e sebesség fölött a megfigyelt tárgy gyorsulása lassítani fogja ennek a mozgásérzékelőnek a reakcióját. Az állatokon (viselkedésükön és az idegrendszeri kimeneteik elemzésén alapuló) és embereken (az észleltekről adott beszámolókon alapuló) végzett kísérletek eredményei igazolták a modellt.

Egyéb folyamatban lévő munkák:
mesterséges hippokampusz és mesterséges olivocerebelláris pálya

A hippokampusz létfontosságú az új információk megtanulásához és az emlékek hosszú távú tárolásához. Ted Berger és munkatársai a Dél-Kaliforniai Egyetemen feltérképezték ennek az agyi területnek a jelmintázatait: patkányok hippokampuszának a szeleteit stimulálták elektromos jelekkel, több milliószor, hogy meghatározzák, melyik input hozta létre az annak megfelelő outputot.^{321} Ezután megalkottak egy valós idejű matematikai modellt a hippokampusz rétegei által végrehajtott transzformációkról, és beprogramozták a modellt egy chipbe.^{322} A terv az, hogy állatokban próbálják ki a chipet, előbb kiiktatva a megfelelő hippokampusz-területet, feljegyezve az ennek nyomán létrejövő emlékezési nehézségeket, majd meghatározva, hogy helyre lehet-e állítani a mentális funkciót azzal, hogy a kiiktatott terület helyére beültetik a hippokampusz-chipet.

Ez a megközelítés talán alkalmazható lesz az agyvérzéstől, epilepsziától vagy Alzheimer-kórtól szenvedő betegek hippokampuszának a pótlására. A chipet nem az agyban helyeznék el, hanem a páciensek koponyáján, és a sérült hippokampusz-terület két oldalára kapcsolt két elektródakötegen keresztül kommunikálna az aggyal. Az egyik az agy többi részéből érkező elektromos tevékenységet érzékelné, a másik pedig a megfelelő utasításokat küldené vissza az agynak.

Egy másik agyterület, amelyről modell és szimuláció készül, az egyensúlyozásért és a végtagok mozgatásáért felelős olivocerebelláris terület. A nemzetközi kutatócsoportnak az a célja, hogy katonai robotokban alkalmazzák a mesterséges olivocerebelláris áramkört, illetve olyan robotokban, amelyek képesek lennének segíteni a mozgássérülteknek.^{323} Többek között azért választották épp ezt az agyterületet, mert „minden gerinces élőlényben megtalálható – majdnem ugyanolyan a legegyszerűbb és a legbonyolultabb agyban is – magyarázza Rodolfo Llinas, az egyik kutató, a New York-i Orvosi Egyetem idegtudósa. – Feltételezésünk szerint azért konzerválódott (az evolúció során), mert egy nagyon intelligens megoldást testesít meg. Mivel a rendszer a motoros koordinációért felelős – és mi egy olyan gépet akarunk, amely kifinomult motoros irányítással rendelkezik –, kézenfekvő volt a (lemásolandó agyterület) kiválasztása”.

A szimulátoruk egyik egyedülálló vonása az, hogy analóg áramköröket használ. Meadnek az agyterületek analóg emulálása terén végzett úttörő munkájához hasonlóan a kutatók ezúttal is lényegesen nagyobb teljesítményt értek el sokkal kevesebb alkatrésszel, amikor natív analóg üzemmódjukban használták a tranzisztorokat.

A csapat egyik kutatója, Ferdinando Mussa-Ivaldi, a az Északnyugati Egyetem idegtudósa a következőket mondta a mesterséges olivocerebelláris áramkör alkalmazásáról a mozgássérültek esetében: „Gondoljunk egy megbénult betegre! El lehet képzelni, hogy sok hétköznapi feladatot – egy pohár víz kitöltését, az öltözést, a vetkőzést, a beülést a tolószékbe – robotsegítőkkel hajt végre, és így nagyobb önállóságra tesz szert.”

A magasabb szintű funkciók megértése:
utánzás, előrejelzés és érzelmek

„A gondolkodás műveletei olyanok, mint a lovassági rohamok a csatában – szigorúan korlátozott a számuk, pihent lovakat igényelnek, és csak a döntő pillanatokban kerülhet sor rájuk.”

(Alfred North Whitehead)

„Az emberi szintű intelligencia legnagyszerűbb jellemzője azonban nem az, amit akkor csinál, amikor működik, hanem az, amit akkor, amikor elakad.”

(Marvin Minsky)

„Ha a szeretet a válasz, akkor át tudná fogalmazni a kérdést?”

(Lily Tomlin)

Mivel az idegrendszeri hierarchia legtetején foglal helyet, a legkevésbé ismert agyterület az agykéreg. Ez a terület, amely az agyféltekék legkülső részén helyezkedik el és hat vékony rétegből áll, több milliárd idegsejtet tartalmaz. Thomas M. Bartol Jr., a Salk Biológiai Kutatóintézet számítógépes neurobiológiai laboratóriumának a munkatársa szerint „egy köbmilliméter agykéregben akár ötmilliárd (…) különböző alakú és nagyságú szinapszis is lehet.” Az agykéreg felelős az érzékelésért, a tervezésért, a döntéshozatalért és a tudatos gondolkodásnak tartott dolgok nagy részéért.

Úgy tűnik, fajunk egyik egyedi jellemzője, a nyelvhasználat képessége is ezen az agyterületen helyezkedik el. Nagyon érdekes nyom a nyelv eredetével és ennek a megkülönböztető képességnek a létrejöttét lehetővé tévő kulcsfontosságú evolúciós változással kapcsolatban az a megfigyelés, hogy csak néhány főemlős, köztük az ember és a majom, képes (valódi) tükröt használni ismeretek elsajátításához. Giacomo Rizzolatti és Michael Arbib azt az elméletet állították fel, hogy a nyelv a kézmozdulatokból alakult ki (amikre a majmok – és természetesen az emberek – képesek). Egy kézmozdulat végrehajtásához képesnek kell lenni mentálisan összehangolni a mozdulatot és a saját kéz mozgásának a megfigyelését.^{324} A „tükörrendszer-hipotézisük” lényege az, hogy a nyelv evolúciójának a kulcsa a „paritás” nevű jellemző, ami annak a megértése, hogy a kézmozdulat (vagy a megszólalás) ugyanazt a jelentést hordozza a gesztikuláló fél számára, mint a címzett számára; azaz annak a megértése, hogy amit a tükörben látunk, az ugyanaz (bár fordítottan), mint amit mások látnak, amikor ránk néznek. Más állatok nem képesek így felfogni a tükörben látott képet, és emiatt hiányzik a paritás alkalmazására való képességük.

Szorosan idetartozik az a gondolat, hogy a mások mozdulatainak (illetve az emberi csecsemők esetében a mások hangjának) az utánzására való képesség kulcsfontosságú a nyelv elsajátításában.^{325} Az utánzáshoz elengedhetetlen az a képesség, hogy részekre bontsuk a megfigyelt jelenséget, majd a részeket rekurzív és iteratív finomítás során megértsük.

A nyelvi kompetencia egy új elmélete a rekurziót tartja a kulcsfontosságú képességnek. Noam Chomsky a nyelvről alkotott első elméleteiben sok közös tulajdonságot sorolt fel, amelyek magyarázatul szolgálnak az emberi nyelvek hasonlóságaira. Marc Hauser, Noam Chomsky és Tecumseh Fitch egy 2002-es írásban a „rekurzió” tulajdonságát nevezi meg az emberi faj egyedülálló nyelvi képességének magyarázataként.^{326} A rekurzió az a képesség, hogy kis részekből nagyobb darabokat alkossunk, majd a nagyobb darabot egy másik struktúra részeként használjuk, és iteratív módon folytassuk ezt a folyamatot. Így tudjuk felépíteni a mondatok és bekezdések bonyolult szerkezetét a korlátozott szókészletből.

Az emberi agy egy másik kulcsfontosságú jellemzője az előrejelzések alkotására való képesség, beleértve a saját döntései és cselekedetei eredményeinek előrejelzését is. Egyes tudósok szerint az előrejelzés az agykéreg elsődleges funkciója, bár a kisagy szintén fontos szerepet játszik a mozgás előrejelzésében.

Érdekes módon képesek vagyunk előre jelezni vagy előre megérezni a döntéseinket. Benjamin Libetnek, a Kaliforniai Egyetem fiziológiaprofesszorának a kutatásai azt mutatják, hogy egy cselekvés kezdeményezésére irányuló idegrendszeri aktivitás körülbelül egyharmad másodperccel azelőtt következik be, mielőtt az agy meghozná a döntést, hogy végrehajtja a cselekvést. Libet szerint ebből az következik, hogy a döntés valójában illúzió, „tudatnak nincs szerepe a folyamatban”. Daniel Dennett kognitív tudós és filozófus a következőképpen írja le a jelenséget: „A cselekvés először kiváltódik az agy valamelyik részében, majd elindulnak a jelzések az izmokhoz, útközben megállva, hogy közöljék velünk, a tudatos cselekvőkkel, hogy mi történik (és közben jó hivatalnokokra jellemző módon meghagynak minket, a csetlő-botló elnököket, abban az illúzióban, hogy mi indítottuk el az egészet).”^{327}

A közelmúltban elvégeztek ezzel kapcsolatban egy kísérletet, amelyben a neurofiziológusok elektromosan ingerelték az agy bizonyos pontjait, hogy bizonyos érzelmeket kiváltsanak. A vizsgált személyek azonnal kitaláltak valamilyen magyarázatot arra, hogy miért érzik a felmerülő érzelmeket. Régóta tudjuk, hogy azoknál, akiknél a bal és jobb agyfélteke között megszűnik a kapcsolat, az egyik fele (általában a verbálisabb bal agyfélteke) bonyolult magyarázatokat („konfabulációkat”) gyárt a másik oldal által kezdeményezett cselekvésekre, mintha a bal agyfélteke lenne a jobb agyfélteke sajtószóvivője.

Az emberi agy legbonyolultabb képessége – amit én a csúcstechnikájának tartanék – az érzelmi intelligencia. Agyunk összetett és sokszorosan összekapcsolódott hierarchiájának a tetején ott feszeng a képességünk arra, hogy több más magas szintű funkció között érzékeljük az érzelmeket, és adekvát reakciókat adjunk rájuk, hogy részt vegyünk a társas helyzetekben, hogy legyen erkölcsi érzékünk, hogy megértsük a vicceket, és hogy érzelmi reakciókat adjunk a zenére és a képzőművészeti alkotásokra. Nyilvánvaló, hogy az érzékelés és az elemzés alacsonyabb szintű funkciói hozzájárulnak az agyunk érzelmi működéséhez, de már kezdjük megismerni a szóban forgó agyterületeket, sőt elkezdtük modellezni azokat az idegsejtfajtákat, amelyek az ilyen ügyekkel foglalkoznak.

A legújabb megismerések azoknak a próbálkozásainknak az eredményei, hogy megértsük, miben különbözik az ember agya a többi emlősétől. A válasz az, hogy a különbségek minimálisak, de kulcsfontosságúak, és segítenek felismerni, hogyan dolgozza fel az agy az érzelmeket és az érzéseket. Az egyik különbség az, hogy az embereknek nagy agykérge van, ami a tervezésre, döntéshozatalra és az analitikus gondolkodás egyéb formáira való erősebb képességünket tükrözi. Egy másik kulcsfontosságú megkülönböztető vonás az, hogy az érzelmi töltéssel rendelkező szituációkat különleges, orsósejtnek vagy Von Economo-neuronoknak nevezett idegsejtek kezelik, amelyek csak az emberekben és néhány nagy majomban találhatók meg. Ezek az idegsejtek nagyok, hosszú nyúlványaikat csúcsdendriteknek nevezik, és számos kapcsolatot hoznak létre sok más agyterülettel. Ez a fajta „mély” összekapcsoltság, amiben egyes idegsejtek több terület között biztosítanak kapcsolatot, egyre nagyobb mértékben fordul elő, ahogy felfelé haladunk az evolúciós létrán. Érzelmi reakcióink bonyolultságát tekintve nem meglepő, hogy az érzelmek kezelésében és az erkölcsi ítéletekben részt vállaló orsósejtek ennyire sok kapcsolatot hoznak létre.

Az viszont megdöbbentő, hogy milyen kevés orsósejt létezik ezen a területen: mindössze 80 000 található az emberi agyban (körülbelül 45 000 a jobb agyféltekében és 35 000 a bal agyféltekében). Úgy tűnik, ez a szerény, de kimutatható egyenlőtlen megoszlás magyarázza azt a megfigyelést, hogy az érzelmi intelligencia a jobb agyféltekéhez tartozik. A gorilláknak 1600 ilyen sejtjük van, a bonobóknak körülbelül 2100, a csimpánzoknak pedig körülbelül 1800. Más emlősökben egyáltalán nem található meg.^{8}