Boeken

Friday, May 27, 2011

Bent u een mens of een computer?

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad van woensdag 25 mei 2011 en in NRC Next van donderdag 26 mei 2011

Kunnen we in een vijf-minuten-chat met alleen maar getikte tekst uitmaken of we met een mens of een computer chatten? Dat was de test die de Britse wiskundige Alan Turing in 1950 bedacht om antwoord te geven op de vraag of computers kunnen denken. In zijn boek Een wedstrijd in menselijkheid (Uitgeverij Contact) gebruikt de Amerikaanse auteur Brian Christian de Turing Test niet om na te denken over computers, maar juist over mensen. Wanneer verloopt menselijke communicatie vlotjes en wanneer en waardoor hapert ze? Hoe heeft de computer de manier waarop mensen communiceren veranderd?

Christian (1984) studeerde informatica en filosofie en richtte zich daarna op het schrijven. In De ware mens doet hij zelf mee aan de Loebner Prize, een wedstrijd die sinds 1991 jaarlijks wordt georganiseerd en die de enige praktische implementatie is van een Turing Test. De wedstrijd wordt in wetenschappelijke kringen echter al lang niet meer serieus genomen omdat computerprogramma’s zo hopeloos falen in de Turing Test en nauwelijks vooruitgang boeken.

Christian doet echter niet mee als proefpersoon, maar als zogeheten medeplichtige: achter de schermen moet hij proberen zo menselijk mogelijk over te komen op proefpersonen die niet weten of ze met een mens of een machine chatten. Maar wat is menselijk en wat is machinaal? Vanuit een Londense hotelkamer spreekt hij over wat de Turing Test volgens hem te vertellen heeft over de moderne mens.

Hoe weet ik zeker dat ik een mens aan de telefoon heb en niet een slimme chatbot? 
“Dat is een prachtige vraag en een van de drijvende vragen in mijn boek. Wat begin jaren vijftig nog een puur filosofisch en academisch gedachte-experiment was, is nu dagelijkse praktijk. Dat vind ik zo interessant aan de Turing Test. Komt die e-mail echt van je vriendin, of van een automatische spambot? Word je op Twitter gevolgd door een mens of een twitterbot? Het is niet meer genoeg dat ik alleen een interessante weblink naar een vriend stuur. Dan kan hij denken dat het een spambericht is. Ik moet er tekst bij schrijven die hem overtuigt dat de link echt door mij is gestuurd. Spambots dwingen me om mijn berichten persoonlijker te maken.”

Turing bedacht zijn test voor machines, niet voor mensen. Waarom gebruik jij de Turing Test om na te denken over menselijke communicatie? 
“Voor mij snijdt de Turing Test aan twee kanten. De filosoof John Lucas heeft gezegd dat wanneer computers slagen voor de Turing Test dat niet automatisch betekent dat computers zo intelligent zijn. Het kan ook als mensen houteriger gaan communiceren. We zijn gewend om vooruitgang in wetenschap en techniek af te meten aan precies gedefinieerde benchmarks: een vliegtuig dat door de geluidsbarrière vliegt of een mens die voor het eerst voet op de maan zet. De Turing Test is vaag. Hij meet de intelligentie van computers af aan de manier waarop we zelf communiceren. Maar die manier verandert door computers.”

Hoe dan? 
“Ik wilde eens een vriend sms-en dat ik niet bij hem zou komen eten omdat ik me ziek voelde. Ik tikte het woord ill. Mijn telefoon maakte daar automatisch I’ll van en voor ik het besefte had ik het bericht verzonden. Dat heeft effect op mijn woordkeuze. Mijn telefoon vertelt mij eigenlijk: je moet het woord sick gebruiken als je ziek bent, niet ill. Dat is een klein, maar representatief voorbeeld.”

Maar de keuze is toch aan jou... 
“In principe wel, maar ik word wel een bepaalde kant op gestuurd. De technologie zegt: ‘Spreek zoals de meeste mensen. Gebruik het standaard vocabulaire’. Het sms-programma werkt het meest efficiënt wanneer iedereen hetzelfde klinkt. Als een creatieve schrijver zie ik dat als anti-literair. Een creatieve schrijver wil juist niet net zo klinken als andere mensen.”

Hoe is de menselijke communicatie nog meer veranderd? 
“Bij een vaste telefoon duurt het eentiende seconde voor ik je stem hoor. Bij een mobiele telefoon zestiende seconde. Dat is zes keer zo lang. Dat maakt een groot verschil uit. Pauzes hebben betekenis. Je kunt een precies getimede pauze laten vallen om af te tasten of de ander tevreden is met wat je hebt gezegd of dat hij wil dat je verder gaat. Mobieltjes maken het veel moeilijker de betekenis van die pauzes te gebruiken. Daarnaast is onze communicatie meer naar geschreven tekst verschoven waardoor timing, toon, ritme en lichaamstaal minder belangrijk zijn geworden.”

Chatbots hebben weinig vooruitgang geboekt in de Turing Test. Moeten we niet accepteren dat machines in andere dingen goed zijn dan mensen? 
“Praktisch gezien lijkt het inderdaad idioot om een machine te bouwen die precies kan wat mensen al goed kunnen. Maar filosofisch gezien heeft de kunstmatige intelligentie ons veel geleerd over wat het betekent om mens te zijn. De mens werd altijd vergeleken met het dier. Westerse filosofen benadrukten dat de mens zich onderscheidde door abstract denken, redeneren, wiskunde en logica. De computer heeft laten zien dat machines daar net zo goed en soms zelfs beter in zijn. Maar juist de vaardigheden die we delen met dieren − een gezicht of omgeving herkennen, rondlopen zonder steeds ergens tegenaan te stoten − blijken voor machines heel moeilijk.”

Alsof de evolutie van computers in de omgekeerde richting verloopt als die van mensen: van abstract naar concreet... 
“Precies. De kunstmatige intelligentie heeft ons de alledaagse vaardigheden, die we zo lang als volkomen vanzelfsprekend hebben beschouwd, leren herwaarderen. Een Segway gebruikt drie computerchips om rechtop te blijven tijdens het rijden. Wij doen dat zonder nadenken. Rechtop lopen is rekenkundig veel moeilijker dan schaken.”

Je hebt me overtuigd dat ik met een mens heb gesproken en niet met een slimme chatbot. 
“Haha...Geslaagd voor de Turing Test. Daar ben ik blij om.”

Monday, May 23, 2011

Het brein van één miljard


                            Simulated neural network on cellular level ©Blue Brain Project/EPFL

Biologist and author Professor Brian Ford has localised the sound of neurons communicating with one another. Listen here to the sound of neuron cells 'talking' to each other, processed to give a frequency around the same frequency as a human voice:


Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad van zaterdag 21 mei 2011

Hoe groter de worst die wetenschappers wordt voorgehouden, hoe groter hun beloften. Het nabootsen van het menselijke brein op een supercomputer, met als doel het begrijpen van zowel het gezonde als het zieke brein. Voor minder doet Henry Markram, de leider van het Europese Human Brain Project, het niet. En wel binnen tien jaar tijd. Mits hij minstens een miljard euro krijgt.

Het is deze grote financiële worst die de Europese Commissie wetenschappers voorhoudt. De Commissie heeft afgelopen maart zes onderzoeksprojecten geselecteerd, waaronder het Human Brain Project. Zij ziet ze als vlaggenschipprojecten die met de modernste informatie- en communicatietechnologieën maatschappelijke problemen te lijf gaan en als motoren van Europese innovatie. Alle zes hebben ze anderhalf miljoen euro gekregen om in een jaar tijd hun haalbaarheid aan te tonen. Eind 2012 worden twee van de zes projecten uitgekozen. Elk ontvangt dan tien jaar lang jaarlijks honderd miljoen euro.

Afgelopen dinsdag sprak projectleider Markram op het internationale seminar ‘Brains mean Business’ in Leiden, georganiseerd door het TWA Netwerk (Technisch Wetenschappelijk Attachés van het ministerie van EZ) en het Nationaal Initiatief Hersenen en Cognitie (NIHC). “Die miljard is het minimum dat we nodig hebben”, vertelt Markram in een interview na afloop van zijn lezing. “Daar bovenop komt nog financiering van de industrie, stichtingen en filantropen. Wij gaan niet een plan schrijven dat precies een miljard kost. We schrijven een plan en zeggen: voor dit bedrag kunnen we het brein tot op cellulair niveau simuleren. Als het Human Brain Project wordt geselecteerd en we gaan in 2013 van start, dan hebben we in 2023 een faciliteit gereed die dat kan.” 


The brain simulations run on a IBM Blue Gene/P-supercomputer ©Blue Brain Project/EPFL



In 2023 het gehele menselijke brein? Hebben we nu dan misschien al een gevalideerde computersimulatie van een kleiner functioneel deel, de visuele hersenschors of zo? Nee, verre van. In het Blue Brain-project dat Markram sinds 2005 leidt aan de Zwitserse Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) werd een klein kolommetje van tienduizend hersencellen uit een rattenbrein tot op cellulair niveau gesimuleerd op een supercomputer. Gedetailleerder dan waar ook elders ter wereld mogelijk is. Het ging om een kolommetje uit de neocortex, volgens Markram “het hart van de zoogdierintelligentie”.

Dat was in 2008. Markram: “Nu kunnen we 36 van zulke kolommetjes simuleren. Die praten allemaal met elkaar. Dan gaat het om een miljard zenuwuiteinden.” Probleem is dat zo’n geïsoleerd breinflintertje niet zo veel doet en dat experimentele validatie onmogelijk is zonder eerst een grotere functionele structuur te simuleren. Een wetenschappelijke publicatie ontbreekt. “Maar,” zegt Markram, “de statistische simulatie-eigenschappen kloppen met wat we kunnen meten.” Het Blue Brain-project staat aan de basis van het veel omvattender Human Brain Project.

Volgens de van oorsprong Zuid-Afrikaanse hersenonderzoeker is het belangrijkste dat de simulaties hebben opgeleverd een eerste inzicht in de vraag waarom het brein zo robuust is. “Alzheimer- of Parkinson-patiënten merken pas iets wanneer een groot percentage hersencellen al is aangedaan. Waarom pas zo laat? De sleutel van deze robuustheid ligt volgens onze simulaties in de enorme diversiteit aan vormen en functies van hersencellen en hun uiteinden.”

De wetenschappelijke publicaties die Markram met zijn collega’s hierover heeft geschreven, liggen nog bij de beoordelaars. Hij benadrukt dat de faciliteit die het Human Brain Project wil realiseren bedoeld is om breinhypotheses te toetsen. “Het wordt geen waarheidsmachine die definitief laat zien hoe het menselijk brein werkt. Het wordt een onderzoeksinstrument waarmee we breinsimulaties steeds kunnen verbeteren. De faciliteit komt open te staan voor Europese onderzoekers die hun eigen breinmodellen op een supercomputer willen runnen.”

Het is Markram al vaak voor de voeten geworpen: Of hij wel beseft hoe complex het brein is? Een immens verknoopt netwerk van honderd miljard hersencellen in tientallen soorten en maten; nog eens negen maal zoveel ondersteunende gliacellen; duizenden typen van zenuwuiteinden en een groot aantal onbegrepen mechanismen op moleculair, cellulair en netwerkniveau. Allemaal het resultaat van honderden miljoenen jaren evolutie. 

                                           Single simulated neuron ©Blue Brain Project/EPFL

“Een natuur- of wiskundige die dit hoort, denkt dat het aantal mogelijke interacties zo astronomisch is dat simulatie onmogelijk is”, beaamt Markram. “Maar de crux is dat de biologie honderden regeltjes oplegt die het aantal mogelijke interacties zodanig beperkt dat simulatie wel degelijk mogelijk is. Regeltjes die vertellen hoeveel energie een cel gebruikt, welke vorm een hersencel krijgt, welke zenuwuiteinden waar ontstaan, welke netwerken worden gevormd etcetera. Het gaat er om die regels te ontdekken. Volg de biologie en simuleren wordt gemakkelijk.”

Momenteel doen dertien universiteiten uit negen Europese landen mee aan het Human Brain Project. De Nederlandse neuroinformaticus Paul Tiesinga, hoogleraar aan de Radboud Universiteit Nijmegen, coördineert de Nederlandse bijdrage van dertien onderzoekers. Belooft het project niet veel meer dan het kan waarmaken? “Nu nemen onderzoeksgroepen allemaal kleine stapjes”, zegt Tiesinga. “Het gaat erom dat we die stapjes bij elkaar optellen. Pas met integratie komen we echt verder. Om mensen enthousiast te krijgen, moeten we groot denken. En ja, wat is succes? Wat een breinsimulatie straks wel en niet kan, valt nu moeilijk te zeggen. Maar ik denk dat het bouwen van de faciliteit die Markram voor ogen staat reëel is. Ongetwijfeld weten we nog heel veel niet. Pas als we daadwerkelijk proberen het brein te simuleren, zullen we achter belangrijke inzichten komen waarvan we nu nog niet eens weten dat we ze niet weten. Dat is vooruitgang.”

In 2005 vertelde een van de wereldleiders op het gebied van de computationele neurobiologie, de Amerikaanse hoogleraar Terry Sejnowski, aan vakblad Nature dat Markrams simulatieproject, toen nog het Blue Brain-project, “gedoemd is om te mislukken”. De laatste jaren zijn echter ook in de VS en China grootschalige breinsimulatieplannen gemaakt en deels gestart. Het Amerikaanse initiatief ‘The Next Frontier - One mind for brain research’ zal zich meer richten op individuele hersenaandoeningen en wordt op 23 mei officieel gelanceerd.

Sejnowski was in 2010 al een stuk optimistischer. In Scientific American schreef hij dat de vooruitgang in zowel de neurowetenschappen als de informatica “het simuleren van het brein steeds waarschijnlijker maakt”. Toch wijst hij op de vele mitsen en maren: “Wat betekent het om een brein te simuleren?...Het probleem met zeer vereenvoudigde modellen is dat ze het kind met het badwater dreigen weg te gooien. Het probleem met zeer gedetailleerde modellen is dat het aantal details schier oneindig is en dat veel daarvan onbekend is.”

Over Markrams voorspelling dat hij het menselijk brein in tien jaar kan simuleren schreef Sejnowski: “Deze simulaties zullen op hun best lijken op een babybrein of misschien een psychotisch brein. Het menselijk brein is meer dan de som van de delen.” Dat een brein essentieel verbonden is met een lichaam dat kan waarnemen en handelen is trouwens van later zorg. Markram wil dat in de toekomst oplossen met avatars of robots die met een gesimuleerd brein worden verbonden. 

                                Brain and neurons ©Blue Brain Project/EPFL

Voor enkele filmpjes van simulaties verwijs ik naar mijn vorige blogbijdrage



Saturday, May 21, 2011

A computer simulation of your brain (well...0,00001% of it)

In addition to my article on the Human Brain Project in NRC Handelsblad from today (in which I have interviewed project leader Henry Markram), here are some more photo's and movies of simulated neurons and neural networks. (Thanks to EPFL's Blue Brain Project, which preceded the Human Brain Project.)

The Human Brain Project is one of the six selected European Flagship Projects. By the end of 2012 two will be chosen. Both will receive 100 million euro per year during the ten year period 2013-2023. The Human Brain Project wants to build a facility that can simulate the human brain (100 billion neurons) up to cellular level. This should throw new light on both the healthy brain and on neurological disorders and illnesses.

“There is no fundamental obstacle to modelling the brain and it is therefore likely that we will have detailed models of mammalian brains, including that of man, in the near future. Even if overestimated by a decade or two, this is still just a ‘blink of an eye’ in relation to the evolution of human civilization.” - Henry Markram (Nature Reviews Neuroscience, 2006)


                                   Simulated single neuron.  © Blue Brain Project/EPFL 


video


              Fly through ten different types of neurons.  © Blue Brain Project/EPFL 

video
 Computer simulation of 10.000 neurons in a neocortical column (0,00001% of a human brain). The neurons are simulated up to cellular level. © Blue Brain Project/EPFL  
video

Computer simulation of 10.000 neurons in a neocortical column (0,00001% of a human brain). The neurons are simulated up to cellular level.          
                                               © Blue Brain Project/EPFL 

“Looking at the same neuron, physicists and engineers tend to see the simplicity whereas biologists tend to see the complexity. The problem with simplified models is that they may be throwing away the baby with the bathwater. The problem with biophysical models is that the number of details is nearly infinite and much of it is unknown. How much brain function is lost by using simplified neurons and circuits?...At best these simulations [of the whole human brain] will resemble a baby brain, or perhaps a psychotic one. There is much more to a human brain than the sum of its parts.” - Terry Sejnowski in Scientific American (27 april 2010)