Od umělých neuronů ke strojům s emocemi

Život a dílo Marvina Minského Díky jakému triku jsme inteligentní? Na tuto otázku dnes hledá odpověď spousta odborn...


Život a dílo Marvina Minského
Díky jakému triku jsme inteligentní? Na tuto otázku dnes hledá odpověď spousta
odborníků v umělé inteligenci i v kognitivních vědách. "Trik je, že žádný trik
neexistuje," tvrdí přitom ve své doposud poslední knize Marvin L. Minsky
(*1927), dominantní a soustavně provokující postava náležející do zakladatelské
generace nejen umělé inteligence, ale i informatiky jako takové.
Minsky získal bakalářský titul získal z matematiky na Harvardově univerzitě v
massachusettské Cambridgi v roce 1950, doktorát o čtyři roky později rovněž z
matematiky na Princetonské univerzitě. V čase studií na Princetonu se začal
seznamovat s tehdy právě vznikající kybernetikou. V Cambridgi se na seminářích
Norberta Wienera často a mnoho diskutovalo o problematice neuronů a neuronových
sítí, o možnostech jejich matematicky precizního popisu a technického
napodobení.
Inspirován těmito diskusemi sestavil v roce 1951 Minsky první umělou neurální
síť schopnou se učit; nazval ji SNARC (Stochastic Neural-Analog Reinforcement
Computer). Dnes je třeba zdůraznit, že tehdy šlo o hardwarovou realizaci
jednotlivých neuronů i celé sítě, ne o počítačovou digitální simulaci nebo
emulaci.
Po získání doktorátu se Minsky na tři roky vrátil na Harvard, aby se v roce
1957 přesunul v Cambridge jenom o několik bloků dál a dva roky pracoval v
proslulé Lincolnově laboratoři na Massachusetts Institute of Technology; MITu
pak zůstal věrný dodnes. Minsky spolu se Seymourem Papertem založili v roce
1959 nejprve výzkumný projekt umělé inteligence a o několik let později
samostatnou Laboratoř umělé inteligence MIT. Mezi lety 1974 a 1989 zde byl
Minsky profesorem, poté přijal jinou profesuru a od roku 1992 působil v
Laboratoři médií MIT. V současnosti je na MITu emeritním profesorem. (Poznámka
redakce: Historii MITu jsme se podrobněji věnovali v Business Worldu 2/2004 v
rámci seriálu o nejznámějších světových vědeckých centrech.)

Kroky k umělé inteligenci
V srpnu 1956 se Minsky účastnil dnes již proslulého semináře na Darthmouth
College. Byla to první akce tohoto druhu věnovaná problematice, která právě
tehdy dostala svůj jak se později ukázalo poněkud provokativní název: umělá
inteligence. Účastníci semináře patřili tehdy převážně k mladým nadšencům,
kteří pokládali UI spíše za svého koníčka než za seriozní vědeckou a technickou
disciplínu; navíc se jí do té doby zabývali spíše izolovaně. Seminář znamenal
nejenom konstituci celého oboru a jeho profesionalizaci, nýbrž i možnost začít
s koordinovanými aktivitami.
Minsky v Darthmouth College distribuoval první verzi své sumarizace dosavadních
pokusů programovat počítače tak, aby bylo jejich chování k nerozeznání od
inteligentního chování lidí. Načrtl zde i svou vizi dalšího rozvoje oboru.
Rozvoj umělé inteligence byl pak po celá 60. léta minulého století výrazně
ovlivněn touto statí publikovanou později pod názvem Steps Towards Artificial
Intelligence (Kroky k umělé inteligenci).
Umělá inteligence byla a je oblastí výzkumu, které je možné se úspěšně věnovat
až po určité teoretické průpravě v několika jiných oborech. Jedním z nich je
teoretická informatika. Pro ty, kteří si to uvědomovali již v 60. letech (ale i
pro spoustu dalších zájemců o seriozní proniknutí do možností a hranic
vyčíslitelnosti) napsal Minsky učebnici, která svou intelektuální i stylovou
svěžestí zaujme i dnes knihu Computation Finite and Infinite Machines (Výpočty
konečné a nekonečné stroje). Autor do textu vložil např. mnoho cenných a v době
prvního vydání knihy (1967) obecně dost provokativních (protože technicky a
ekonomicky tehdy zcela nerealistických) nápadů o multiporocesorových počítačích.

Kritika snů mládí
Vedle dominující představy, že lidskou mysl je možné technicky dostatečně
výstižně popsat jako soustavu procedur zpracovávajících vhodné struktury
symbolů, ožila v 60. letech minulého století i touha vytvořit technickou
napodobeninu mozku jako struktury sestávající z neuronů tedy síť z umělých
neuronů. První zkušenosti s takovými sítěmi byly vesměs povzbudivé, což mělo za
následek nekritický růst nadšení pro jejich konstrukci i pro finanční podporu
příslušných projektů.
V pozadí vládnoucí univerzalistické představy spojené s umělými neuronovými
sítěmi stálo přesvědčení, že každý smysly vnímatelný celek lze rekonstruovat
výlučně na základě lokálního pozorování jeho jednotlivých částí. Podle těchto
představ k tomu, abychom rozeznali znak 2 od znaku 10, postačují prostě lokální
vzruchy nervových zakončení na sítnici oka, které vyvolá dopadající světlo,
když se na tyto znaky díváme.
Minsky se svým kolegou z Laboratoře umělé inteligence MIT Seymourem Papertem
podrobili tuto zjednodušující představu kritice ve společné monografii
Perceptrons An Introduction to Computational Geometry (Perceptron Úvod do
výpočetní geometrie). Položili si otázku, zda pravdivost libovolného tvrzení o
geometrických objektech lze zjistit pomocí dané umělé neuronové sítě. Obrázek
ukazuje, že to není možné. V mnohem obecnější podobě Minsky a Papert
matematicky exaktně dokázali, že v daném typu neuronových sítí nelze zjistit
pravdivost libovolného tvrzení.
Kniha Perceptrons záhy vyvolala nejen pozitivní ohlas, ale také nepřiměřeně
negativní reakce. Mnozí jí (a samozřejmě také autorům) přiřkli podíl na tom, že
přestala masivní finanční podpora výzkumu umělých neuronových sítí.
Přitom se tak trochu zapomnělo na to, že ani počítače nejsou při řešení
problémů úplně všemocné. Teoretickým informatikům je přece již od konce 30. let
minulého století znám pojem nevypočitatelnosti (podrobněji viz např.
Computerworld 7/2004). V matematice lze najít příklady nevypočitatelných funkcí
a také tyto limity Minsky samozřejmě zmiňoval. Zatímco s vývojem počítačů se
však nepřestalo, reakce na odhalení limitů neuronových sítí byla odlišná. Na
SNARC si už nikdo nevzpomněl a Minsky získal pověst hrobaře celého oboru.
Neuronové sítě se do umělé inteligence vrátily až v průběhu 80. let v obecnější
podobě tzv. konekcionismu (viz dále).

Struktura poznatků
Vraťme se ještě jednou k našemu obrázku "zlámané" dvojky. Každý programátor ví,
že při počítání hrají struktury, v jakých ukládáme data do pamětí počítačů,
podstatnou roli. Uložíme-li vstupní údaj z obrázku vlevo do počítače v podobě
množiny údajů viditelných na obrázku uprostřed, sebedokonalejším výpočtem již
nikdy nezjistíme, byl-li výchozí obrázek totožný s dvojkou nebo s podtrhnutým
obdélníkem. Rozvoj umělé inteligence v 70. letech minulého století byl pak ve
znamení snahy najít strukturu, v jaké je nejvhodnější ukládat do pamětí
počítačů data odpovídající lidským poznatkům.
Řešení problému reprezentace poznatků bylo ve významné míře aktualizováno
úvahou, kterou Minsky pod názvem Matter, Mind, and Models (Hmota, mysl a
modely) publikoval roku 1968 v jím sestaveném knižním sborníku Semantic
Information Processing (Zpracování sémantické informace). Sborník je prvním
publikačním výstupem problematizujícím původní spoléhání výzkumníků v oblasti
umělé inteligence na "hrubou sílu" stále výkonnějších počítačů a na hypotézu
inteligence jako jediného integrálního principu, řídícího (lidské) jednání.
Tajemství inteligence jsme od té doby přestali hledat v podobě univerzální
výpočetní procedury. Tento posun vedl ke hledání specifických reprezentačních
struktur pro zapamatování poznatků a specifických souborů procedur pro
jednotlivé intelektuální aktivity (např. pro porozumění přirozenému jazyku,
plánování postupů, řešení problémů, vidění apod.).
Za vyvrcholení snahy, která dominovala umělé inteligenci v 70. letech minulého
století tedy najít pokud možno univerzálních a efektivně zpracovatelné
struktury reprezentace poznatků můžeme bez rozpaků pokládat návrh tzv. rámcové
(frame) reprezentace. Minsky s touto ideou přišel v roce 1974, kdy navrhl
mnohem komplexnější, tzv. tvarovou (gestalt) psychologií motivované chápání
toho, co jsou a jak jsou asi v mysli organizovány poznatky.
Kromě pamatování vztahů mezi reprezentovanými entitami upozornil Minsky na
důležitost reprezentace různých očekávání, které pokládal za atributy poznatků.
Kdybychom se pro větší názornost opět vrátili k našemu obrázku, třeba bychom
při rekonstrukci vycházející z prostřední verze mohli předpokládat, že
výsledkem má být jedna arabská číslice tím bychom došli opět k původní dvojce.
Živou reakci v kruzích logiků vyvolala ta část Minského studie, ve které
podrobil nelítostní kritice monotónnost tradičních logických systémů. Za
principiální vlastnost inteligence pokládá nemonotónnost lidského uvažování:
Naše mysl je výjimečná právě tím, že se dokážeme zříct včera odvozených pravd a
nahradit je těmi, které jsme odvodili dnes. V monotónní logice však zůstává
dokázána pravda již navždy pravdou a logické kalkuly dlouho nenabízely způsob,
který by na tomto cokoli změnil. Až tato kritika přivedla uvnitř logiky ke
studiu různých nemonotónních formálních systémů. V oblasti informatiky se pak
návrhy tzv. rámcové reprezentace poznatků zřetelně promítly např. do prostředků
a metodiky objektového programování.

Hledání podoby mysli
V 80. letech minulého století se začala prosazovat snaha inspirovat se při
volbě architektury inteligentních strojů předpokládanou architekturou lidské
mysli jakožto vysoce decentralizovaného, resp. distribuovaného systému.
Částečně to znamenalo renesanci výzkumu neuronových sítí konec konců, tento
názor je rozvinutím a zobecněním chápání mysli jako neuronové sítě dle představ
kybernetiky 50. let. Zdrojem názorového posunu byla však i reakce na nové
způsoby využívání výpočetní techniky, především na enormní rozvoj počítačových
sítí. Psychologové i neurofyziologové navíc ve stejné době dospěli k představě
rozložitelnosti mysli (tedy toho, co dělá mozek) na funkčně specializované
vzájemně komunikující moduly.
Minsky se pokusil tuto představu precizovat a rozvinout v pojmosloví teorie
výpočtů. První článek o mysli jako společenství specializovaných výpočetních
agentů publikoval v roce 1979 v časopise Cognitive Science. Knižně pak
předložil svou teorii roku 1985 ve zvláštně koncipované knize The Society of
Mind (Společenství mysli), sestávající z 270 jednostránkových, srozumitelných a
vzájemně na sebe odkazujících esejů. Tato kniha, napsaná mimořádně čtivě (což
jí na určitý čas vyneslo první místo v řebříčku bestsellerů The New York
Times), představovala každopádně významný příspěvek k rozvoji kognitivní vědy.
Se svou teorií udělal pak Minsky něco, co snad nemá v dějinách vědy 20. století
obdoby, což však osobně pokládám za mimořádně dobrý nápad pro rozvoj vědy 21.
století: Spolu s proslulým autorem vědecko-fantastických novel Harrym
Harrisonem napsali technothriller The Turing Option. Na pozadí detektivní
zápletky z roku 2023, odehrávající se převážně ve vývojové laboratoři
inteligentních robotů, se objeví nutnost (re)konstruovat poškozenou mysl
jednoho klíčového specialisty. To otevírá autorům možnost předvést všechny
zásadní myšlenky societní teorie mysli, mnoho z jiných teorií umělé
inteligence, dokonce četné klíčové projekty Laboratoře umělé inteligence a
Laboratoře médií MIT, a dokonce i něco z organizačního pozadí a někdy dost
komplikovaných vztahů mezi dnešními vědeckými centry a předními výzkumníky
(konkrétní jména jsou pochopitelně pozměněna). V knize jsou přítomny i první
náznaky problematiky emotivity lidí a strojů, které Minsky věnoval svou
monografii avizovanou na tento rok pod názvem The Emotion Machine.

Ilustrace problému (ne)rekonstruovatelnosti celku z izolovaných dat. Pozorujme
lokálně (třeba jenom v šesti segmentech) papír se znakem 2 (obrázek vlevo).
Rozstříhejme papír s dvojkou na šest kousků, které odpovídají pozorováním v
jednotlivých segmentech. Vzniklé kousky papíru (uprostřed) obsahují výsledky
našich lokálních pozorování, informace o původním obraze se z nich však
vytratila: Jde z nich sestavit mnoho jiných obrázků, třeba znak vpravo. Minsky
spolu se Seymourem Papertem zmínili tento problém v knize Preceptrons jako
důkaz skutečnosti, že neuronové sítě nejsou všemocné. Následně si oba vědci
získali pověst hrobařů celého oboru a byli viněni z útlumu financí plynoucích
do vývoje neuronových sítí.

Vědec a člověk s radikálními názory
Minsky patří mezi vědce, kterých zájem se neomezuje pouze na ryze badatelskou
činnost. Zabývá se i analýzou širšího intelektuálního a kulturního vlivu své
práce. V takovéto angažovanosti vidí podobně jako někteří vědci z jiných
oblastí možný počátek znovuzrození společenské role nepodbízivého,
informovaného a nezávisle uvažujícího intelektuála, role, kterou v minulém
století uzurpovali spisovatelé, sportovci, estrádní umělci (dnes se jim říká
baviči a megastars) a podobné tzv. osobnosti kulturního a společenského života.
Minskeho názory jdou obvykle dost odvážně za hranici, kterou dnes většina
akceptuje jako nepřekročitelnou. Dvě následující ukázky jsou přitom z těch
konformnějších.
9. září 1990 proslovil Minsky na lineckém multimediálním festivalu Ars
Electronica přednášku, ve které řekl: "Jsme na počátku vytvoření spolehlivého
propojení umělých vláken s periferním nervovým vláknem... mám však pocit, že
principiální překážka v této oblasti výzkumů je dnes... na poli tzv. lékařské
etiky. Již dnes je těžké vést projekt zahrnující výzkum na zvířatech a vědec
prakticky nemůže experimentovat s nervovou soustavou člověka (a to bez ohledu
na míru dobrovolnosti takovéto spolupráce). To vše proto, že existuje několik
agentur, právníků a dalších, kteří si udělali živnost z překážení vědecké touze
hlouběji poznat naše těla a naše mysli."









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.