Poznaj naukowca, który buduje komputer z żywymi neuronami

Na początku 2016 r. dział sztucznej inteligencji Google'a DeepMind ogłosił, że skonstruowany przez nich komputer pięć razy z rzędu pokonał mistrza Europy w Go, grze strategicznej rozgrywanej na kwadratowej planszy pokrytej siecią linii przecinających się pod kątem prostym (standardowo 19 na 19 linii). Dla komputerów poziom trudności Go w porównaniu do szachów rośnie wręcz wykładniczo: w szachach istnieje 20 możliwych ruchów otwarcia, podczas gdy w Go aż 361. Sukces DeepMind powszechnie uznano za kolejny milowy krok w ewolucji sztucznej inteligencji.

Google, Facebook i IBM idą na całość, jeśli chodzi o mózgopodobne komputery, które mogą kiedyś naśladować ludzki umysł. Uważa się, że zdolność do uczenia się i rozpoznawania wzorów stanowią następny, niezbędny krok na drodze rozwoju SI. Jednak Oshiorenoya Agabi jest zdania, że by zacząć myśleć jak ludzie procesory potrzebują jednego, kluczowego składnika: prawdziwego mózgu.

A przynajmniej żywych neuronów. Koniku, początkująca firma Agabiego, która właśnie zakończyła współpracę z akceleratorem przedsiębiorczości w dziedzinie biotechnologii IndieBio, reklamuje się jako „pierwsza i jedyna firma na świecie budująca czipy z użyciem żywych neuronów". Zamiast próbować naśladować funkcjonowanie mózgu, Agabi chce postawić wszystko na głowie i zacząć używać prawdziwych szarych komórek do produkcji procesorów. Wyhodowane w laboratorium neurony wszczepia w komputerowe czipy – ma nadzieję w ten sposób uzyskać zupełnie nowy typ procesorów o wiele potężniejszych od swoich zwykłych, krzemowych poprzedników.

W pierwszym etapie rozwoju Koniku planuje zebrać od inwestorów 6,3 miliona dolarów. Do tej pory udało się pozyskać klientów z branży lotniczej i farmakologicznej, jak np. AstraZeneca, brytyjska firma farmaceutyczna czy Boeing, który podpisał list intencyjny w sprawie wykorzystania technologii w dronach wykrywających zagrożenia chemiczne. Pierwsza partia wspomaganych neuronowo czipów ma być gotowa w ciągu kilku miesięcy. Agabi mówi, że jeden z klientów, również produkujący drony, liczy na to, że produkty Koniku sprawdzą się w wykrywaniu wycieków metanu w rafineriach naftowych lepiej od klasycznych czipów. Inna firma chce użyć procesorów do modelowania efektów wywieranych na ludzki mózg przez niektóre leki. Agabi uważa, że przyszłość będzie opierać się na komputerach mających w sobie dużo więcej życia.

Za sukces Koniku w zbieraniu środków częściowo odpowiada szczera, niemal romantyczna wiara założyciela firmy w neuroprocesory jako przyszłość przetwarzania informacji. Gdy ostatnio przeprowadzałem wywiad z Agabim jego podniecenie przyszłością neurotechnologii było wręcz namacalne.

Urodzony w Nigeriii Agabi opowiedział mi, że samouczenie się maszyn po raz pierwszy przykuło jego uwagę, gdy pracował nad uczeniem robotycznego ramienia klasyfikacji przedmiotów dla szwajcarskiej firmy Neuronics. Po ośmiu latach odszedł z firmy, by uzyskać tytuł magistra w fizyce teoretycznej. W swojej pracy magisterskiej skupił się na wyzwaniach związanych z łączeniem robotów z komórkami nerwowymi. Cztery następne lata spędził na projektowaniu i budowie robotycznego ramienia, które można zastosować jako protezę po amputacji. W końcu przeniósł się do Londynu, gdzie obecnie stara się uzyskać tytuł doktora bioinżynierii.

Agabi, który chyba zdał sobie sprawę, jak przytłaczająco brzmi jego CV, przez chwilę w milczeniu zastanawiał się, jak przystępnie opowiedzieć mi o swoim życiowym dorobku. „W gruncie rzeczy przez ostatnich piętnaście lat starałem się zrozumieć, jak neurony porozumiewają się ze sobą" – powiedział. „Pracowałem nad sposobami komunikacji z pojedynczymi neuronami, nad tym, jak odczytywać i zapisywać w nich informacje". Umiejętność kodowania określonych zadań w komórkach nerwowych, wynikająca z różnych dziedzin specjalizacji stanowi podstawę tego, co pragnie osiągnąć Koniku. Zdaniem jej założyciela dzięki doświadczeniu zdobytemu przez lata pracy nad samouczeniem się maszyn i studiowaniu procesów zachodzących w mózgu zespół naukowców zebranych w firmie będzie w stanie układać żywe neurony w grupy zbudowane dla określonych zadań. W uproszczeniu, Agabi ma nadzieję zbudować czip komputerowy z żywych, uczących się procesorów.

„Głosimy radykalny pogląd, że faktycznie można przeprowadzać obliczenia z użyciem prawdziwych, biologicznych komórek nerwowych" – powiedział.

***

Od czasu stworzenia pierwszego krzemowego tranzystora w 1947 r. ilość tranzystorów, które można upchnąć na jednym czipie wzrosła od kilku tysięcy do ponad dwóch miliardów. Dzięki postępowi w miniaturyzacji pojedynczy tranzystor osiąga dziś rozmiary trzech nici DNA. Agabi wytłumaczył mi, że z uwagi na to, że krzemowego tranzystora nie da się pomniejszać w nieskończoność (w lipcu 2015 r. IBM ogłosiło stworzenie tranzystora wielkości 7 nanometrów, pojedynczy atom krzemu ma 0,2 nanometra), oparte na krzemie przetwarzanie informacji ma swoje nieprzekraczalne ograniczenia. „W procesie zwiększania mocy obliczeniowej przeszliśmy z tabliczek na papier, potem na systemy mechaniczne, lampy elektronowe, wreszcie na krzem" – powiedział Agabi. „Teraz czas na neurony".

Punktu odniesienia dostarczył mi dr Laeeq Evered z wydziału neuropsychologii na Wright Institute. Powiedział, że „w wycinku tkanki mózgowej wielkości ziarnka piasku mieści się ok. 100 tys. neuronów, 2 miliony aksonów i 1 miliard synaps".

Czy rzeczywiście da się stworzyć tak mały i potężny sztuczny czip? Wydaje się, że Koniku porywa się z motyką na słońce, jednak Agabi wierzy, że znalazł na to sposób. Spytałem dra Evereda czy uważa, że to możliwe, by kiedykolwiek udało się zbudować procesor dorównujący mocą ludzkiemu mózgowi.

„Nie, nie uważam, że to możliwe. Z drugiej strony postęp technologiczny już nie raz nas zaskakiwał" – odpowiedział i zaśmiał się. „Pożyjemy, zobaczymy".

Agabi jest przekonany, że wszelkie opory i niepewność co do neuroprocesorów znikną, jak tylko Koniku uda się publicznie zaprezentować praktyczne zastosowania swojego dzieła. „Chcę tworzyć idee, o których ludzie potem stwierdzą: «To przecież oczywiste». Dziś jeszcze nikt tak nie mówi, bo pomysł nie został odpowiednio przedstawiony" – powiedział. „Jestem jednak głęboko przekonany, że gdy już go przedstawimy, w ciągu dwóch lat wszyscy będą mówić «No tak, to przecież takie oczywiste»".

By zasięgnąć trzeciej opinii, skontaktowałem się z Sherifem Eidem, inżynierem systemów odpowiedzialnych za program głębokiego uczenia maszynowego DRIVE PX, przez niektórych uważany za kluczowy dla powstania samosterującego samochodu. Eid przyznał, że idea procesorów neuronowych wydaje mu się bardzo intrygująca, ale technologia opiera się na samych niewiadomych.

„Mózg wciąż skrywa przed nami tak wiele tajemnic" – powiedział. „Zbudowany na bazie szarych komórek czip mógłby w przyszłości pomóc nam rozwiązać część z nich. Potrzeba jednak inwestorów, którym nie przeszkadzałoby ślepo zaufać naukowcom i roztrwonić mnóstwo pieniędzy tylko po to, by zobaczyć, co z tego wszystkiego wyjdzie".

Eid uważa, że przyjdzie nam poczekać kilkadziesiąt lat, zanim oparte na neuronach procesory się przyjmą, o ile w ogóle do tego dojdzie. Z kolei Agabi jest zdania, że nadejście jego technologii jest nieuniknione i, co więcej, bliskie. Powiedział mi, że wierzy, że już w ciągu pięciu lat robotyka na całym świecie będzie używać jego czipów. W związku z tym pojawia się pytanie: Co będzie, jeśli faktycznie mu się to uda?

Gdy pierwszy raz usłyszałem o Koniku, trochę się spiąłem. Staram się trzymać rękę na pulsie w kwestii wyścigu do prawdziwej sztucznej inteligencji i zgadzam się z każdym słowem apelu o ostrożność filozofa Nicka Bostroma. Miałem wrażenie, że na moich oczach powstaje potencjalny Skynet – Agabi chciał przecież obdarzyć maszyny ludzkim mózgiem.

„Węgiel to materiał jak każdy inny. Wychodzimy więc z założenia, że neurony są po prostu budulcem"

W rozmowie z Agabim oczywiście musiałem wspomnieć niesławną, krwiożerczą SI z Terminatora i spytać go, czy wryte w zbiorową świadomość przesłanie filmów o zabójczych robotach z przyszłości nie utrudnia mu badań. „Tak, tak, tak" – odpowiedział ze zmęczonym uśmiechem. Wyjaśnił mi, że pomysł, jakoby jego firma produkowała cyborgi to klasyczny przykład antropomorfizacji. Neurony występują w mózgach wielu zwierząt, nie tylko u ludzi, poza tym przypomniał mi, że komórki mózgowe używane przez Koniku pochodzą z probówki. „Węgiel to materiał jak każdy inny" – powiedział. „Wychodzimy więc z założenia, że neurony są po prostu budulcem".

Agabi uważa, że cała histeria wokół sztucznej inteligencji jest dużo mniej zajmująca niż kwestia wydajności. Przytacza przykład Tianhe-2, najpotężniejszego obecnie superkomputera, który do działania potrzebuje 24 megawatów mocy; dla porównania ludzki mózg obywa się 10 watami. Innymi słowy, tłumaczy Agabi, najpotężniejszy komputer na świecie zużywa 2,4 miliona razy energii więcej niż mózg. „Nie chodzi tu o luksus ani o to, żeby się popisać" – powiedział. „Musimy nauczyć się budować więcej, zużywając mniej materiału, jeśli mamy przetrwać jako gatunek".

Dr Evered przyznaje, że spora część fantastycznej wydajności mózgu pochodzi z jego zdolności uczenia się, rozpoznawania i wzmacniania optymalnych połączeń pomiędzy neuronami. Mimo że w chwili narodzin mamy 100 miliardów neuronów, co dzień tracimy ich 100 tysięcy. To właśnie zdolność tych pozostałych przy życiu komórek do tworzenia korzystnych połączeń czyni mózg tak potężnym.

„Nie mamy tu do czynienia z zagadnieniem «natura kontra wychowanie» (ang. nature vs nurture, przyp. tłum.), ponieważ zarówno natura, jak i wychowanie odgrywają ważną rolę. Każdy z nas ma pewną liczbę szarych komórek i połączeń nerwowych determinowanych genetycznie" – mówi Evered. „Z drugiej strony interakcja z otoczeniem również ma istotny, jeśli nie decydujący wpływ. To właśnie połączenia między komórkami, powstające w miarę nauki i rozwoju tworzą silny, sprawny mózg. W związku z tym jednym z największych wyzwań leżących przed twórcami mózgopodobnych procesorów będzie znalezienie sposobu na zaprogramowanie w komputerach zdolności do adaptacji. Agabi twierdzi, że w środowisku laboratoryjnym naukowcom z Koniku udało się stworzyć czipy zdolne do głębokiego nauczania, do rozpoznawania wzorów i utrwalania tej wiedzy; za dowód podaje osiągnięty przez nich proces zwany zależną od czasu plastycznością skokową (ang. spike-timing-dependent plasticity, przyp. tłum.), zakładający, że neurony budują i utrwalają pomiędzy sobą korzystne połączenia i obwody.

Pod koniec naszej rozmowy zapytałem Agabiego czy uważa, że jego oparte na komórkach nerwowych czipy mogą pomóc ludzkości przełamać ograniczenia Prawa Moore'a – reguły, zgodnie z którą moc obliczeniowa komputerów ma podwajać się co dwa lata. Pośród części ekspertów pojawiły się ostatnio obawy, że w Prawo Moore'a wkradła się stagnacja oraz że przyszła praca nad rozwojem SI będzie sprowadzać się do budowania przez inżynierów coraz szybszych i wydajniejszych komputerów. Agabi zwraca uwagę, że Prawo Moore'a odnosi się jedynie do zwiększania mocy obliczeniowej poprzez zwiększanie ilości krzemowych tranzystorów w czipie w ciągu ostatnich 70 lat. Jego zdaniem może to być zaledwie część większego trendu, innego prawa opisującego długoterminowe postępy w dziedzinie narzędzi obliczeniowych na przestrzeni dziejów.

Twierdzi, że Dolina Krzemowa będzie musiała pożegnać się z krzemem, o ile w dalszym ciągu pragnie innowacji.

„Obserwujemy nieustanny wzrost mocy obliczeniowej – to prawo przetwarzania danych nie straciło na aktualności od 2000 do 5000 lat. Prawo Moore'a to zaledwie mały wycinek tej większej reguły" – powiedział. „W pewnym momencie jedno z nich będzie musiało ustąpić i spodziewam się, że będzie to właśnie Prawo Moore'a. Przyszły postęp będzie dyktować nasza zdolność do przeprowadzania coraz szybszych obliczeń".