Μια νύχτα του Οκτωβρίου του 2009, ένας άνδρας βρίσκεται μέσα στον Μαγνητικό Τομογράφο (MRI), στην Λιέγη του Βελγίου. Πριν από πέντε χρόνια κι έπειτα από ατύχημα με μοτοσυκλέτα, έπαθε κρανιοεγκεφαλική κάκωση και από τότε αδυνατεί να μιλήσει, βρισκόμενος στην λεγόμενη “κατάσταση φυτού”.

Ένας νευροεπιστήμονας, με το όνομα Μάρτιν Μόντι, βρισκόταν στο διπλανό δωμάτιο μαζί με άλλους ερευνητές. Για χρόνια ο Μόντι και ο μεταδιδακτορικός του σύμβουλος Άντριαν Όουεν μελετούν ασθενείς που βρίσκονται σε παρόμοια κατάσταση, διατυπώνοντας δύο αμφιλεγόμενες υποθέσεις.

Η πρώτη τους υπόθεση είναι ότι ο ασθενής, μπορεί να μην έχει την δυνατότητα να κινηθεί ή ακόμα και να ανοιγοκλείσει τα βλέφαρα, αλλά εξακολουθεί να έχει τις αισθήσεις του.

Δεύτερον, θεωρούσαν ότι βρήκαν την μέθοδο για να επικοινωνήσουν με έναν ασθενή, που παραμένει “κλειδωμένος” στον εαυτό του, με το να ανιχνεύουν
τις σκέψεις του, τις οποίες δεν μπορούσε να εκφράσει.

Η στρατηγική τους ακούγεται απλή κατά έναν τρόπο. Οι νευρώνες καταναλώνουν οξυγόνο, το οποίο μεταφέρεται μέσα στο αίμα στο εσωτερικό μορίων μιας πρωτεΐνης, της αιμογλοβίνης. Η αιμογλοβίνη περιέχει μέσα της σίδηρο, που μπορεί να ανιχνευθεί μέσω των ισχυρών μαγνητών της MRI και να δημιουργηθεί έτσι ένας χάρτης της εγκεφαλικής δραστηριότητας.

Το να ξεχωρίσουν τα ίχνη αυτής της δραστηριότητας μέσα από το κυκεώνα σημάτων που λαμβάνονται έμοιαζε εξωπραγματικό. Μέσω όμως της διαδικασίας της δοκιμής και πολλών λαθών, η ομάδα του Όουεν κατάφερε να δημιουργήσει ένα έξυπνο πρωτόκολλο.

Ανακάλυψαν ότι αν ένα άτομο φανταζόταν ότι περπατάει μέσα στο σπίτι του, υπήρχε μια έξαρση δραστηριότητας σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, η οποία έχει σχήμα δαχτύλου που βρίσκεται βαθιά μέσα στον Κροταφικό λοβό. Έτσι, η σκέψη και μόνο ότι παίζει κανείς τένις αυξάνει την δραστηριότητα στον Προκινητικό Φλοιό που βρίσκεται κοντύτερα στο κρανίο.

Η αυξημένη δραστηριότητα αυτή μπορούσε να ανιχνευτεί αρκετά καθαρά μέσω της Μαγνητικής Τομογραφίας. Σε μια έρευνα που δημοσιεύτηκε το 2006 στο περιοδικό Science, ανέφεραν ότι ζήτησαν από έναν τέτοιο ασθενή να σκεφτεί ότι παίζει τένις και είδαν στο αποτέλεσμα της εξέτασης ότι όντως το σκεφτόταν.

Ο ασθενής 23

Στην περίπτωση ενός νεαρού άνδρα, γνωστού με το ψευδώνυμο ασθενής 23, ο Μόντι και ο Όουεν, θέλησαν να προχωρήσουν ένα βήμα παραπέρα και ουσιαστικά να πιάσουν συζήτηση μαζί του. Για παράδειγμα, του έκαναν μια ερώτηση και του έλεγαν να απαντήσει θετικά με το να σκεφτεί για το τένις και αρνητικά με το να σκεφτεί ότι περπατάει μέσα στο σπίτι του. Στον χώρο του τεχνικού του MRI, ένα μόνιτορ απεικόνιζε μια τομή του εγκεφάλου του ασθενή 23. Καθώς διαφορετικά τμήματα του εγκεφάλου κατανάλωναν οξυγόνο, εμφανίζονταν πρώτα έντονα κόκκινα και στην συνέχεια έντονα πορτοκαλί.  Ο Μόντι ήξερε πού να βρει το σήμα για το ναι και που για το όχι.

Ο Μόντι ενεργοποίησε την ενδοεπικοινωνία και εξήγησε την διαδικασία στον ασθενή. Μετά έκανε την πρώτη ερώτηση :

«Είναι το όνομα του πατέρα σου Alexander;».

Ο προκινητικός φλοιός του ασθενή ενεργοποιήθηκε, σκέφτονταν δηλαδή για τένις, απατώντας εμμέσως στην ερώτηση καταφατικά.

«Είναι το όνομα του πατέρα σου Thomas;» ήταν η επόμενη ερώτηση.

Σε αυτή την περίπτωση ενεργοποιήθηκε η παραιπποκάμπια έλικα του ασθενή. Σκεφτόταν δηλαδή ότι περπατούσε στο σπίτι του, άρα η απάντηση ήταν αρνητική.

«Έχεις άλλο αδερφό;»
Τένις- Ναι

«Έχεις αδερφές;»
Σπίτι- Όχι

«Πριν από το ατύχημα οι τελευταίες διακοπές σου ήταν εντός των ΗΠΑ;»
Τένις- Ναι

Οι απαντήσεις που έδινε ήταν οι σωστές. Έκπληκτος ο Μόντι κάλεσε τον Όουεν που βρισκόταν σε μία σύσκεψη. Ο Όουεν πίστεψε ότι έπρεπε να κάνουν περισσότερες ερωτήσεις και για αυτό αποφάσισαν να ρωτήσουν κάτι βαθύτερο.

«Θέλεις να πεθάνεις;» ήταν η επόμενη ερώτηση του Monti προς τον ασθενή.

Για πρώτη φορά εκείνη την μέρα η απάντηση δεν ήταν ξεκάθαρη.

Τον χειμώνα του ίδιου έτους τα αποτελέσματα των ερευνών δημοσιεύτηκαν στο The New England Journal of Medicine. Η δημοσίευση αυτή προκάλεσε ενθουσιασμό,  με τους Los Angeles Times να γράφουν σχετικό άρθρο με τίτλο :
«Οι εγκέφαλοι των ασθενών σε κατάσταση φυτού δείχνουν σημάδια ζωής». O Όουεν πίστευε ότι ένα ποσοστό 20% των ασθενών που θεωρούσαν ότι βρίσκονται σε κατάσταση φυτού, στην πραγματικότητα ήταν ξύπνιοι. 

Η ανακάλυψη αυτή είχε τεράστιες συνέπειες, όσον αφορά το πρακτικό κομμάτι. Τα επόμενα χρόνια η ομάδα του Όουεν μέσα από μεθοδικές έρευνες με την χρήση τεχνολογίας MRI, ανακάλυψε ότι πολλοί ασθενείς μπορούσαν να επικοινωνήσουν με τους οικείους τους και να απαντήσουν σε ερωτήσεις σχετικά με την φροντίδα τους. Μάλιστα, οι συνομιλίες τους αυτές βελτίωσαν τις πιθανότητες τους για ανάνηψη.

Από την άλλη, από καθαρά επιστημονική άποψη, η μεθοδολογία των Όουεν και Μόντι για την επικοινωνία με τον ασθενή 23 άφηνε πολλά ερωτηματικά. Μπορεί να χρησιμοποίησαν τις λέξεις «τένις και «σπίτι» στην επικοινωνία μαζί του, αλλά δεν μπορούσαν να είναι σίγουροι ότι όντως σκέφτονταν αυτές τις συγκεκριμένες έννοιες. Το μόνο που ήταν σίγουρο ήταν ότι σκεφτόταν για αυτά τα πράγματα εκείνη την στιγμή.

«Αν ο ασθενής σκέφτονταν ότι έπαιζε τένις, ποδόσφαιρο, χόκεϊ ή ότι κολυμπούσε, δεν το ξέρουμε» ανέφερε πρόσφατα ο Μόντι.

Σημαντική πρόοδος μέχρι τώρα

Κατά την διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών η κατάσταση της ικανότητας της νευροεπιστήμης να διαβάζει την σκέψη έχει καλυτερέψει σημαντικά.  Γνωσιακοί ψυχολόγοι με την βοήθεια του MRI, μπορεί τώρα να καταλάβουν εάν ένα άτομο έχει καταθλιπτικές σκέψεις, ενώ μπορούν να ανακαλύψουν ποια θέματα έχει πλήρως κατανοήσει ένας μαθητής με το να συγκρίνουν τα εγκεφαλικά του μοτίβα με αυτά του καθηγητή του.

Με την ανάλυση των εξετάσεων του εγκεφάλου, ο υπολογιστής μπορεί να δημιουργήσει ένα βασικό μοντάζ των ταινιών που έχει παρακολουθήσει κάποιος.

Μια άλλη ερευνητική ομάδα κατάφερε να περιγράψει τα όνειρα των ανθρώπων με αρκετή ακρίβεια, με την χρήση παρόμοιων τεχνικών. Μία ακόμη ερευνητική ομάδα κατάφερε να χαρτογραφήσει τις απόψεις των ανθρώπων για το τέλος ενός βιβλίου γεμάτου ανατροπές και εκπλήξεις.

Κεν Νόρμαν ο πρωτοπόρος

Πρωτοπόρος σε παρόμοιες έρευνες θεωρείτε ο 50χρονος Κεν Νόρμαν, πρόεδρος του τμήματος Ψυχολογίας τους Πανεπιστημίου του Πρίνσετον και ειδικός στην αποκωδικοποίηση της ανθρώπινης σκέψης. Ο Νόρμαν εργάζεται στο Princeton Neuroscience Institute (PNI), που δημιουργήθηκε σαν ένα κέντρο όπου νευροεπιστήμονες, ψυχολόγοι και επιστήμονες των υπολογιστών θα μπορούσαν να συνδυάσουν τις μεθόδους τους γύρω από την έρευνα του ανθρώπινου μυαλού, με το ΜIT και το Πανεπιστήμιο του Πρίνσετον να έχουν επενδύσει σε παρόμοια διεπιστημονικά επιχειρήματα.

Στο PNI οι προπτυχιακοί φοιτητές συνεχίζουν να συμμετέχουν στα κλασσικά πειράματα που περιλαμβάνουν ερωτηματολόγια και ειδικές κάρτες. Ταυτόχρονα, στο ίδιο κτήριο, στο εργαστήριο που μελετάει την ανάπτυξη των παιδιών, νήπια φοράνε ειδικά καπέλα που περιλαμβάνουν υπέρυθρους αισθητήρες για τον εγκέφαλο. Στο υπόγειο του ίδιου κτηρίου κρανία γενετικά τροποποιημένων ποντικών ανοίγονται στην βάση τους, επιτρέποντας τον έλεγχο επιλεγμένων νευρώνων με την χρήση λέιζερ. Μια υψηλής τεχνολογίας συστάδα υπολογιστών, αναλαμβάνει την συλλογή και την ανάλυση των δεδομένων από τα πειράματα αυτά.

Ο Νόρμαν με την υψηλή νοημοσύνη, την ευχάριστη διάθεση και το απεριποίητο μούσι, που τον κάνουν να μοιάζει σαν δάσκαλος του μαθήματος της Επιστήμης σε Λύκειο, καταλαμβάνει ένα γραφείο στο ισόγειο, το οποίο περιλαμβάνει μια γεμάτη βιβλιοθήκη με σχετικά βιβλία και μια όμορφη θέα.

Ο Νόρμαν εξηγεί πως η έρευνα με την χρήση MRI δεν έχει συμβάλει τόσο πολύ στην κατανόηση των δεδομένων, όσο η χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ). Η ΤΝ βοήθησε να δοθεί απάντηση σε ένα πανάρχαιο φιλοσοφικό μυστήριο.

Για αιώνες οι επιστήμονες ονειρεύονταν ότι θα ανακαλύψουν την τοποθεσία της σκέψης μέσα στο ανθρώπινο εγκέφαλο άλλα σκόνταφταν στο ερώτημα του πώς ανακαλύπτουμε τις ανθρώπινες σκέψεις στον πραγματικό κόσμο.

Όταν ο αρχαίος ανατόμος Ερασίστρατος, τεμάχισε τον εγκέφαλο, υποψιάστηκε ότι οι πολλές πτυχώσεις του ήταν το κλειδί για την νοημοσύνη, μα δεν μπορούσε να πει πώς οι σκέψεις μαζευόντουσαν μέσα στην περίπλοκη μάζα που αποτελούσε τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Στον 17ο αιώνα ο Ντεκάρτ υποστήριξε ότι η πνευματική ζωή προέκυπτε από τον αδένα της υπόφυσης, αλλά δεν είχε μια καλή θεωρία για το τί υπήρχε εκεί μέσα.

Οι νοητικοί μας κόσμοι περιλαμβάνουν τα πάντα, από την γεύση του κακού κρασιού μέχρι την ίδια την ιδέα της άσχημης γεύσης. Πώς μπορούν άραγε τόσες πολλές διαφορετικές σκέψεις να χωρέσουν σε ένα τόσο μικρό κομμάτι σάρκας.

Πλέον, εξηγεί ο Νόρμαν, οι ειδικοί ανακάλυψαν έναν μαθηματικό τρόπο κατανόησης των σκέψεων. Παίρνοντας παράδειγμα από την χρήση της μηχανικής μάθησης, θεώρησαν τις σκέψεις σαν το μάζεμα πόντων σε έναν πυκνό «σημαίνων χώρο».

«Μπορούν να δουν πώς αυτά τα σημεία αλληλοεπιδρούν και κωδικοποιούνται από τους νευρώνες. Με το σπάσιμο αυτού του κωδικού κατάφεραν να δημιουργήσουν μια απογραφή του μυαλού» δηλώνει.

Ένας λεπτομερής χάρτης των εννοιών που έχουμε στο μυαλό μας, φαίνεται να είναι δυνατός αρκετά σύντομα.

Ο Νόρμαν προσκάλεσε τον Τζέιμς Σόμερς του New Yorker, να παρακολουθήσει ένα πείραμα γύρω από την αποκωδικοποίηση της σκέψης. Ένας μεταδιδακτορικός φοιτητής με το όνομα Μανόι Κούμαρ τους οδήγησε σε ένα κλειδωμένο υπόγειο εργαστήριο, όπου μια νεαρή γυναίκα βρίσκονταν ξαπλωμένη σε ένα μηχάνημα MRI. Μια οθόνη τοποθετημένη πάνω από το κεφάλι της αναπαρήγαγε μια αλληλουχία από εικόνες: μια έρημη παραλία, μια σπηλιά, ένα δάσος.

«Ελπίζουμε να ανακαλύψουμε τα εγκεφαλικά μοτίβα που αντιστοιχούν σε διαφορετικές υποκατηγορίες εικόνων» δηλώνει ο Νόρμαν.

Ενώ η γυναίκα παρακολουθούσε την αλληλουχία των εικόνων, οι ανιχνευτές παρακολουθούσαν τα μοτίβα ενεργοποίησης των νευρώνων. Αυτά τα μοτίβα θα αναλυθούν στην συνέχεια με όρους «voxels»- περιοχών ενεργοποίησης μεγέθους περίπου ενός κυβικού χιλιοστού. Κατά μία έννοια τα δεδομένα της MRI ήταν εξαιρετικά συγκεχυμένα: κάθε voxel αφορούσε την κατανάλωση οξυγόνου ενός εκατομμυρίου νευρώνων περίπου, ενώ μπορεί να ανανεωθεί κάθε λίγα δευτερόλεπτα, σαφώς πιο αργά από τον ρυθμό των νευρώνων.

Ο Νόρμαν όμως δηλώνει ότι οι πληροφορίες εμπεριέχονταν μέσα στα δεδομένα που συνέλεγαν, απλά ο τρόπος διαλογής των πληροφοριών δεν ήταν ο πλέον έξυπνος. Η αποκάλυψη ήρθε όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν τον τρόπο να αξιολογούν τα δεδομένα που λάμβανα από δεκάδες χιλιάδες voxels ταυτόχρονα, σαν το κάθε ένα voxel να αποτελούσε εάν πλήκτρο από ένα πιάνο και οι σκέψεις να αποτελούσαν τις αντίστοιχες χορδές.

Πηγαίνοντας ακόμα πιο πίσω

Οι απαρχές της ιδέας αυτής πάνε πίσω 70 χρόνια, στην δουλεία ενός ψυχολόγου με το όνομα Τσαρλς Όσγκουντ. Όταν ήταν παιδί ο Όσγκουντ πήρε σαν δώρο ένα αντίτυπο του Roget’s Thesaurus. Διαβάζοντας τις σελίδες του βιβλίου, δημιούργησε μια πολύχρωμη εικόνα από λέξεις σαν συστάδες αστρόμορφων σημείων μέσα σε ένα τεράστιο χώρο. Στις μεταπτυχιακές του μέρες, όταν οι συνάδελφοι του, συζητούσαν για το πώς η νόηση μπορούσε να διαμορφωθεί από την κουλτούρα του ατόμου, ο Όσγκουντ ξαναγύριζε στην πολύχρωμη εκείνη εικόνα.

Αναρωτήθηκε αν χρησιμοποιώντας την έννοια του «σημασιολογικού χώρου» θα ήταν δυνατό να χαρτογραφήσουν τις διαφορές μεταξύ διαφορετικών τρόπων σκέψης.

Ο Όσγκουντ διεξήγαγε τότε ένα πείραμα. Ζήτησε από εθελοντές να αξιολογήσουν 20 έννοιες σε 50 διαφορετικές κλίμακες. Υπήρχε μια ποικιλία από έννοιες : ΟΓΚΌΛΙΘΟΣ, ΕΓΩ, ΜΗΤΈΡΑ, ΑΝΕΜΟΣΤΡΌΒΙΛΟΣ. Την ίδια ποικιλία είχαν και οι κλίμακες που διακρίνονταν από αντιθέσεις όπως δίκαιη-άδικη, ζεστό-κρύο, αρωματικό-βρωμερό. Κάποιες αξιολογήσεις αποδείχτηκαν δύσκολες: ένας ανεμοστρόβιλος είναι αρωματικός ή βρωμερός για παράδειγμα;

Η ιδέα όμως ήταν ότι με αυτή την μέθοδο θα μπορούσαν να ανακαλυφθούν κάποιες λεπτές, ακόμα και ασύλληπτες έως τότε αποχρώσεις ομοιότητας και διαφορετικότητας ανάμεσα στις έννοιες.

«Οι περισσότεροι αγγλόφωνοι Αμερικάνοι νομίζουν ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ των εννοιών καλού και κακού, άλλα εγώ δυσκολεύομαι να την εξηγήσω» έγραψε ο Όσγκουντ.

Οι έρευνες του αποκάλυψαν ότι τουλάχιστον όσον αφορά τους φοιτητές των κολεγίων στην δεκαετία του 50’, οι δύο αυτές έννοιες αλληλοεπικαλύπτονταν τις περισσότερες φορές.

Διέφεραν στα ουσιαστικά που είχαν αρσενική ή θηλυκή κλίση. Η ΜΗΤΈΡΑ μπορούσε να βαθμολογηθεί σαν ΩΡΑΊΑ αλλά όχι ΚΑΛΉ, ενώ ο ΑΣΤΥΝΟΜΙΚΌΣ το αντίθετο. O Όσγκουντ κατέληξε ότι το «καλό» είχε μια πιο ισχυρή, πιο τραχιά, πιο γωνιώδη και μεγαλύτερη σημασία από ότι το «ωραίο».

Ο Όσγκουντ δεν έγινε γνωστός για τις έρευνές του, αλλά για την μέθοδο που επέλεξε για να τις αναλύσει. Ξεκίνησε με το να οργανώνει τα δεδομένα σε έναν νοητό χώρο που είχε 50 διαστάσεις, μία για κάθε κλίμακα. Κάθε διαφορετική έννοια όπως ΑΝΕΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ, είχε βαθμολογία σε κάθε διάσταση, άρα τοποθετούνταν στον επονομαζόμενο «χώρο υψηλής διάστασης».

Πολλές έννοιες είχαν παρόμοιες θέσεις σε πολλαπλούς άξονες : ευγενικός-φρικτός και ειλικρινής-ανέντιμος για παράδειγμα. Ο Όσγκουντ συνδύασε αυτές τις διαστάσεις και μετά κοίταξε για νέες ομοιότητες, ώστε να συνδυάσει ξανά τις διαστάσεις. Η διαδικασία αυτή ονομάστηκε «ανάλυση παραγόντων».

Στο τέλος κατάφερε να χαρτογραφήσει όλες τις έννοιες σε έναν χώρο με τρείς μόνο διαστάσεις. Η πρώτη διάσταση ήταν η «αξιολογική» – ένα μείγμα από κλίμακες όπως καλό-κακό, όμορφο-άσχημο και ευγενικός φρικτός. Η δεύτερη είχε να κάνει με την «δραστικότητα» : εμπεριείχε κλίμακες όπως μεγάλο-μικρό και ισχυρό αδύναμο. Η τρίτη μετρούσε πόσο «ενεργή» ή «παθητική» ήταν μια κλίμακα.

Ο Όσγκουντ θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτούς τους τρεις βασικούς παράγοντες για να εντοπίσει οποιαδήποτε έννοια σε έναν αφηρημένο χώρο. Ιδέες με παρόμοιες συντεταγμένες, υποστήριξε, είχαν γειτονική σημασία.

Ανανεώνοντας τα στοιχειά του Osgood

Οι πραγματικές προοπτικές της συγκεκριμένης τεχνικής δεν αναδείχθηκαν παρά στην δεκαετία του 1980, όταν ερευνητές των Εργαστηρίων Bell προσπαθούσαν να λύσουν το λεγόμενο «λεξιλογικό πρόβλημα».

Οι άνθρωποι τείνουν να δίνουν διάφορες ονομασίες για το ίδιο ακριβώς θέμα. Αυτό αποτελούσε πρόβλημα για τους χρήστες υπολογιστών, που είχαν πρόσβαση σε υπολογιστές μέσω της γραμμής εντολών.

O Τζορτζ Φούρνας που εργάστηκε στην ομάδα της διάδρασης μεταξύ ανθρώπου-υπολογιστή των εργαστηρίων, περιγράφει την χρήση του τηλεφωνικού καταλόγου της εταιρείας:

«Είσαι στο γραφείο σου στα Εργαστήρια Bell και κάποιος σου κλέβει την αριθμομηχανή» αναφέρει.

«Ξεκινάς να πληκτρολογείς αστυνομία, βοήθεια, ή κλοπή και δεν σου βγάζει αυτό που θες. Τελικά πληκτρολογείς σεκιούριτι (security) για να έχεις αποτέλεσμα. Αλλά εμφανίζονται δύο επιλογές: το Bell Savings and Security Plan και αυτό που έψαχνες» προσθέτει χαρακτηριστικά.

Στόχος της ομάδας του Φούρνας ήταν να αυτοματοποιήσει την εύρεση συνώνυμων για τις εντολές και τους όρους αναζήτησης. Για αυτό τον σκοπό ανανέωσαν την έρευνα του Όσγκουντ.

Αντί να συλλέξουν στοιχεία από προπτυχιακούς, χρησιμοποίησαν υπολογιστές για να αναλύσουν τις λέξεις που περιέχονταν μέσα σε 2 χιλιάδες τεχνικές αναφορές. Οι αναφορές αυτές, γύρω από θέματα που κυμαίνονταν από θεωρίες γραφημάτων μέχρι το σχεδιασμό της διεπαφής με τον χρήστη, υποδήλωναν  τις διαστάσεις του χώρου. Όταν πολλαπλές αναφορές χρησιμοποιούσαν κοινές ομάδες από λέξεις, οι διαστάσεις τους ενώνονταν.

Στο τέλος της έρευνας οι ειδικοί της Bell κατέληξαν σε έναν πιο περίπλοκο χώρο από τον αντίστοιχο του Όσγκουντ, μιας και περιείχε μερικές εκατοντάδες διαστάσεις. Πολλές από αυτές τις διαστάσεις περιέγραφαν αφηρημένες ή «λανθάνουσες» ιδιότητες που οι λέξεις είχαν σαν κοινό γνώρισμα, κάτι που δεν γίνονταν εύκολα αντιληπτό στους περισσότερους Αγγλόφωνους υπάλληλους. Οι ερευνητές ονόμασαν την νέα αυτή τεχνική «latent semantic analysis» ή LSI.

Αρχικά τα εργαστήρια Bell χρησιμοποίησαν την LSI για να καλυτερέψουν την εσωτερική μηχανή αναζήτησης. Το 1997 η Susan Dumais, μία από τις συναδέλφους του Φούρνας συνεργάστηκε με έναν γνωστικό επιστήμονα τον, Τόμας Λάνταουερ, στην δημιουργία μιας Τεχνητής Νοημοσύνης, βασισμένη πάνω της.

Αφού επεξεργάστηκε την Αμερικανική Ακαδημαϊκή Εγκυκλοπαίδεια του Γκρόλιερ, που απευθύνεται σε νεαρούς σπουδαστές, η ΤΝ κατάφερε υψηλή βαθμολογία στο τεστ πολλαπλών επιλογών των Αγγλικών σαν ξένη γλώσσα. 

Την ίδια χρονιά, οι 2 ερευνητές συνέγραψαν ένα σύγγραμμα που απαντούσε στο ερώτημα του πώς οι άνθρωποι ξέρουν τόσα πολλά έχοντας πρόσβαση σε τόσες λίγες πληροφορίες. Εκεί πρότειναν την υπόθεση ότι το μυαλό μας χρησιμοποιεί μια παρόμοια τεχνική με την LSA, δίνοντας νόημα στον κόσμο με το να τον περιορίσουμε στις πιο σημαντικές ομοιότητες και διαφορές του, χρησιμοποιώντας το απόσταγμα γνώσης που βγαίνει για την κατανόηση νέων καταστάσεων.

Παρακολουθώντας για παράδειγμα μια ταινία της Disney, σύντομα ανακαλύπτουμε τον κακό της υπόθεσης. Ο Τζαφαρ στον Αλαντίν, ο Σκαρ στον Βασιλιά των Λιονταριών, μοιάζουν τόσο πολύ μεταξύ τους. Ίσως ο εγκέφαλός μας κάνει ανάλυση των χιλιάδων παραγόντων ώστε να συνθέσει τα απαραίτητα χαρακτηριστικά- ύψος, ενδυμασία, τόνος φωνής- σε ένα μοναδικό σημείο μέσα σε έναν αφηρημένο χώρο. Η αντίληψη της κακίας ενός ανθρώπου ίσως είναι τελικά θέμα εγγύτητας.

Βοηθώντας το Google translate και όχι μονο

Στα επόμενα χρόνια, οι επιστήμονες εφάρμοσαν την LSA σε μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων. Το 2013 ερευνητές τις Google την ελευθέρωσαν στον αχανή χώρο του διαδικτύου, με τον αλγόριθμο της Google να μετατρέπει κάθε λέξη σε ένα «vector» ή αλλιώς σημείο σε έναν χώρο υψηλής διάστασης.

Τα vectors που δημιουργήθηκαν από το πρόγραμμα των ερευνητών, το word2vec, ήταν εξωπραγματικά ακριβή. Αν πάρεις το vector για το «βασιλιάς» και αφαιρέσεις το αντίστοιχο για «άνδρας», προσθέτοντας το αντίστοιχο «γυναικά», το κοντινότερο θα είναι το «βασίλισσα».

Τα λεκτικά Vectors αποτέλεσαν την βάση της μετάφρασης του Google σε βελτιωμένη μορφή και επέτρεψαν την καλύτερη αυτόματη συμπλήρωση στο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο της Google. Άλλες εταιρείες όπως η Apple και η Amazon ανέπτυξαν παρόμοια συστήματα.

Η τεχνική αυτή έχει γίνει τόσο σημαντική για τον τομέα της ΤΝ, ώστε το 2017 ένα νέο ερευνητικό κέντρο αξίας 135 εκατομμυρίων δολαρίων στο Τορόντο του Καναδά, ονομάστηκε Ινστιτούτο Vector. O Μάθιου Μποτβίνικ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνσετον, του οποίου το εργαστήριο βρίσκονταν απέναντι από αυτό του Νόρμαν, είναι τώρα επικεφαλής στον τομέα της νευροεπιστήμης στην DeepMind, θυγατρική της Alphabet στον τομέα της ΤΝ. Ανέφερε ότι η απόσταξη των σχετικών ομοιοτήτων και διαφορών σε vectors, αποτελεί την συνταγή της επιτυχίας πίσω από όλες αυτές τος προόδους στην Τεχνητή Νοημοσύνη.

Παρακολουθώντας μία διάλεξη

Το 2001 ο επιστήμονας Τζιμ Χάξμπι έφερε την μηχανική μάθηση στον χώρο της ιατρικής απεικόνισης. Κατάλαβε ότι τα voxels της νευρικής δραστηριότητας μπορούσαν να χρησιμεύσουν σαν διαστάσεις σε ένα είδος νοητικού χώρου. Ο Χάξμπι πήγε να εργαστεί στο Πρίνσετον, όπου και συνεργάστηκε με τον Νόρμαν. Oι δυο επιστήμονες, μαζί με άλλους ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μόλις μερικές εκατοντάδες διαστάσεις ήταν αρκετές για να αποτυπωθούν οι αποχρώσεις των ομοιοτήτων και των διαφορών όσον αφορά τα περισσότερα δεδομένα της MRI.

Στο εργαστήριο του Πρίνσετον που είδαμε στην αρχή, η νεαρή γυναίκα παρακολουθούσε μια αλληλουχία από εικόνες. Με κάθε νέα εικόνα που προβαλλόταν -παραλία, σπηλιά, δάσος- οι νευρώνες της «άναβαν» με διαφορετικό μοτίβο. Αυτά τα μοτίβα μπορούσαν να καταγραφούν σαν voxels, να τα επεξεργαστεί ένα ειδικό λογισμικό και να μετατραπούν σε διανύσματα (vectors). Οι εικόνες αυτές επιλέχτηκαν γιατί τα διανύσματα τους θα κατέληγαν μακριά το ένα από το άλλο, με άλλα λόγια ήταν καλά σημεία για την δημιουργία ενός χάρτη.

Ο ευρύτερος στόχος της αποκωδικοποίησης της σκέψης είναι η ανακάλυψη του πώς ο εγκέφαλός μας αντανακλά τον κόσμο. Για αυτό τον λόγο οι επιστήμονες επιδιώκουν να παρακολουθήσουν το πώς οι ίδιες εμπειρίες επηρεάζουν τα μυαλά πολλών ανθρώπων ταυτόχρονα. O Νόρμαν ανέφερε ότι σύμφωνα με τον συνάδελφο του Γιούρι Χάσσον, οι ταινίες βοηθούν πολύ σε αυτό τον σκοπό. Αυτό που καθιστά τον Άλφρεντ Χίτσκοκ μάστορα του σασπένς, είναι ότι όλοι οι θεατές των ταινιών του, έχουν τα μυαλά τους να εντυπωσιάζονται το ίδιο.

Ένα απόγευμα ο Νόρμαν είχε μάθημα με τους προπτυχιακούς φοιτητές με τίτλο «MRI αποκωδικοποίηση: Διαβάζοντας μυαλά χρησιμοποιώντας σαρώσεις του εγκεφάλου». Καθώς οι φοιτητές γέμιζαν το αμφιθέατρο, τοποθετώντας τους φορητούς υπολογιστές και τα νερά τους στα τραπεζάκια, ο Νόρμαν μπήκε στην αίθουσα φορώντας τουρκουάζ γυαλιά, ακουστικά και με τα μαλλιά του ατημέλητα.

Προβάλει στην τάξη ένα απόσπασμα από την τηλεοπτική σειρά Seinfield, στην οποία ο Τζορτζ, η Σούζαν (ένα στέλεχος του δικτύου NBC με το οποίο φλερτάρει) και ο Κρέιμερ κάνουν παρέα με τον Τζέρι στο διαμέρισμά του. Το τηλέφωνο χτυπάει και ο Τζέρι το σηκώνει : είναι από διαφημιστική εταιρεία. Ο Jerry το κλείνει υπό τις επευφημίες του κοινού που βρίσκεται στο στούντιο.

«Ποιο ήταν το όριο του συμβάντος σε αυτό το απόσπασμα» ρωτάει ο Νόρμαν. Οι φοιτητές φωνάζουν εν χωρώ «το κουδούνισμα του τηλεφώνου».

Οι ψυχολόγοι έχουν από καιρό ανακαλύψει ότι το μυαλό μας κατατέμνει τις εμπειρίες σε τμήματα, σε αυτή την περίπτωση ήταν το κουδούνισμα του τηλεφώνου που έφερε την διαίρεση.

Ο Norman στην συνέχεια προβάλει στην τάξη μια σειρά από διαφάνειες. Μια περιέγραφε μια έρευνα του 2017 του Κρίστοφερ Μπαλντασάνο, ενός από τους μεταπτυχιακούς του, στην διάρκεια της οποίας οι συμμετέχοντες παρακολουθούσαν ένα επεισόδιο της τηλεοπτικής σειράς Sherlock ενώ βρίσκονταν σε ένα μηχάνημα MRI.

H εικασία του Μπαλντασάνο κατά την έναρξη της μελέτης ήταν ότι ορισμένα από τα μοτίβα voxels θα βρίσκονταν σε συνεχή ροή καθώς το βίντεο έπαιζε – για παράδειγμα αυτά που ευθύνονταν για την επεξεργασία των χρωμάτων. Άλλα θα παρέμεναν σταθερά, όπως αυτά που αντιπροσώπευαν έναν από τους πρωταγωνιστές της σειράς. Η μελέτη επιβεβαίωσε αυτές τις εικασίες. Ταυτόχρονα ανακάλυψε ότι κάποια voxels παρέμεναν σταθερά καθ ‘όλη την διάρκεια μίας σκηνής, ενώ μετά άλλαξαν όταν η συγκεκριμένη σκηνή τελείωσε. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτά αποτελούσαν τις υπογραφές σε voxels των συγκεκριμένων σκηνών.

Ο Νόρμαν περιέγραψε μια μελέτη της Asieh Zadbood, στην οποία οι συμμετέχοντες καλούνταν να αφηγηθούν σκηνές από την σειρά Shelrlock τις οποίες είχαν παρακολουθήσει νωρίτερα, με δυνατή φωνή. Η περιγραφή αυτή μαγνητοφωνημένη αναπαράχθηκε σε μια δεύτερη ομάδα που δεν είχε δει ποτέ την σειρά. Αποδείχτηκε ότι ανεξάρτητα από το αν ένας έχει παρακολουθήσει ένα βίντεο, το έχει περιγράψει, ή άκουσε για αυτό, τα μοτίβα των voxels παραμένουν τα ίδια.

Μέσα από δεκαετίες πειραματισμών, όπως ανέφερε ο Νόρμαν αργότερα, οι ψυχολόγοι διαπίστωσαν την σημασία των σεναρίων και των σκηνών για την νοημοσύνη μας. Όταν μπαίνεις σε έναν δωμάτιο μπορεί να ξεχάσεις τον λόγο για τον οποίο μπήκες, αυτό συμβαίνει σύμφωνα με τους επιστήμονες γιατί με το που περάσουμε την πόρτα το μυαλό μας κλείνει μια νοητή εικόνα που έχουμε και δημιουργεί μια νέα.

Αντίθετα, κατά την πλοήγηση σε ένα αεροδρόμιο το σενάριο «επιβίβαση σε πτήση» συνδέει διαφορετικές σκηνές μεταξύ τους: πρώτα παίρνεις το εισιτήριο από το γκισέ, μετά ο έλεγχος ασφαλείας, η πύλη επιβίβασης, ο διάδρομος και τελικά η θέση σου στο αεροπλάνο. Και όμως μέχρι πρόσφατα, δεν ήταν σαφές το τί θα έβρισκες αν έψαχνες για «σενάρια» και «σκηνές» στον εγκέφαλο.

Σε μια πρόσφατη PNI έρευνα, άνθρωποι που βρίσκονταν μέσα σε ένα μηχάνημα MRI, παρακολουθήσαν βίντεο με ανθρώπους σε ένα αεροδρόμιο. Ανεξάρτητα από τις λεπτομέρειες του κάθε βίντεο, οι εγκέφαλοι των εθελοντών λαμπύριζαν μέσα από την ίδια σειρά γεγονότων, σε συμφωνία με τις οριακές στιγμές που ο καθένας μας θα αναγνώριζε. Τα σενάρια και οι σκηνές ήταν πραγματικά – μπορούσαν να ανιχνευτούν μέσω του μηχανήματος. Αυτό που ενδιαφέρει περισσότερο τώρα τον Νόρμαν είναι πώς τις μαθαίνουμε τελικά. Πώς αναγνωρίζουμε τις σκηνές σε μία ιστορία; Όταν εισερχόμαστε σε ένα άγνωστο αεροδρόμιο, πώς γνωρίζουμε ενστικτωδώς το πού βρίσκεται ο έλεγχος ασφαλείας;

Όπως ο Μόντι και ο Όουεν με τον ασθενή 23, οι σημερινοί ερευνητές γύρω από την αποκωδικοποίηση της σκέψης ψάχνουν κυρίως για συγκεκριμένες σκέψεις που έχουν αποσαφηνιστεί νωρίτερα. Ένας «γενικής χρήσης αποκωδικοποιητής σκέψης» είναι το επόμενο λογικό βήμα της έρευνας σύμφωνα με τον Νόρμαν. Μια τέτοια συσκευή θα μπορούσε να προφέρει δυνατά τις σκέψεις ενός ανθρώπου, ακόμα και αν αυτές οι σκέψεις δεν έχουν ανιχνευθεί μέσω MRI.

To 2018 o Μποτβίνικ συν-έγραψε μια εργασία στο περιοδικό Nature Communications με τίτλο «Προς έναν Παγκόσμιο Αποκωδικοποιητή του  Γλωσσικού Νοήματος μέσω της ενεργοποίησης του εγκεφάλου». H ομάδα του δημιούργησε μια πρωτόγονη έκδοση αυτού που περιέγραφε ο Νόρμαν: ένα σύστημα που θα αποκρυπτογραφούσε τις καινούργιες προτάσεις που τα αντικείμενα θα έλεγαν από μέσα τους. Το σύστημα ανακάλυψε ποια εγκεφαλικά μοτίβα προκαλούνταν από συγκεκριμένες λέξεις και αξιοποίησε αυτή την γνώση για να μαντέψει ποιες λέξεις κρύβονταν πίσω από νέα μοτίβα που συναντούσε.

Η δουλεία στο Πρίνσετον χρηματοδοτήθηκε από την iARPA, έναν οργανισμό έρευνας και ανάπτυξης που ελέγχεται από το γραφείο του Διευθυντή της Εθνικής Υπηρεσίας πληροφοριών. Ο Μπράντον Μίνερι, υπεύθυνος έργου της Iarpa για την Αναπαράσταση Γνώσης σε Νευρωνικά συστήματα, ανάφερε ότι είχε στο νου και άλλες εφαρμογές.

Η πιο ευφάνταστη ιδέα του Μίνερι – που δεν αποτελεί όμως επίσημο στόχο του προγράμματος σύμφωνα με τον ίδιο – είναι να αλλάξουν τον τρόπο που οργανώνονται οι βάσεις δεδομένων. Αντί να προσθέσεις ετικέτες με το χέρι θα μπορείς να δείχνεις το αντικείμενο σε ένα άτομο που βρίσκεται μέσα σε MRI – με την κατάσταση του εγκεφάλου του να αποτελεί ουσιαστικά την ετικέτα. Αργότερα, για να κάνει αναζήτηση στην βάση δεδομένων κάποιος άλλος κάθεται στην συσκευή και σκέφτεται αυτό που αναζητεί. Το λογισμικό μπορεί να συγκρίνει την κατάσταση του εγκεφάλου αυτού που αρχειοθέτησε με αυτή εκείνου που αναζήτησε. Θα αποτελέσει την απόλυτη λύση στο «λεξιλογικό πρόβλημα».

Ο Τζαν Γκαλιάντ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκελεϋ, που χρησιμοποίησε την αποκωδικοποίηση της σκέψης για να αναπαράγει συρραφές βίντεο βασισμένες σε εξετάσεις του εγκεφάλου – καθώς παρακολουθείς ένα βίντεο σε ένα μόνιτορ. Ενώ είσαι στο μηχάνημα, το σύστημα κατεβάζει πλάνα από το Youtube βασισμένα στα μοτίβα των voxel – θεωρεί ότι μια πιθανή ομάδα επενδυτών για ένα τέτοιο σύστημα είναι οι επενδυτές που προέρχονται από την Σίλικον Βάλεϋ. 

Σκέφτεται ότι μια εταιρεία θα είναι διατεθειμένη να πληρώσει 30 χιλιάδες δολάρια το χρόνο ανθρώπους, ώστε αυτοί να φορέσουν το καπέλο σκέψης, μαζί με γυαλιά ηλίου με δυνατότητα καταγραφής βίντεο και άλλους αισθητήρες. Αυτά θα επιτρέψουν στο σύστημα να καταγράψει οτιδήποτε βλέπουν, ακούνε και σκέφτονται δημιουργώντας μια εξαντλητική καταγραφή του νου. Φορώντας το καπέλο θα μπορείς να απευθύνεις μια ερώτηση στον υπολογιστή σου απλά σκεπτόμενος τις λέξεις. Η αυτόματη μετάφραση θα είναι επιτέλους πραγματικότητα. Στην θεωρία δύο χρήστες του καπέλου δεν θα χρειάζονταν καν την γλώσσα μιας και θα επικοινωνούσαν απευθείας μέσω του μυαλού.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι τωρινοί ερευνητές είναι το τεράστιο μέγεθος των συσκευών ΜRI και για αυτό γίνεται προσπάθεια ανάπτυξης μικρότερων και ελαφρότερων ανιχνευτών που θα κάνουν χρήση λέιζερ, υπερήχων, ακόμα και μικροκυμάτων.

Προβλήματα και ελπίδα

Ο Όουεν επισημαίνει τη σημασία της νέας τεχνολογίας για τους «κλειδωμένους ασθενείς». Ήταν άραγε κοντά στο να έχουν άνετες συζητήσεις χρησιμοποιώντας κάτι σαν τον γενικής χρήσης αποκωδικοποιητή σκέψης;

«Το πραγματικά δύσκολο πρόβλημα είναι να το κάνεις σε μόνο ένα άτομο. Μπορείς να συλλέξεις αρκετά ισχυρά δεδομένα;» αναρωτήθηκε.

Το απολύτως απλοϊκό πρωτόκολλο τους – σκέφτεσαι για τένις σημαίνει ναι, σκέφτεσαι να τριγυρίζεις στο σπίτι σημαίνει όχι – βασίζεται σε ξεκάθαρα σήματα που ήταν στατιστικά εύρωστα. Φαίνεται ότι το ίδιο πρωτόκολλο σε συνεργασία με μία σειρά από ερωτήσεις τύπου ναι ή όχι (ο πόνος βρίσκεται στο δεξιό άκρο σας, ή στο αριστερό) λειτουργεί ακόμη καλύτερα.

«Ακόμα και να μπορούσες να το κάνεις θα έπαιρνε περισσότερη ώρα να αποκωδικοποιήσεις το “είναι το δεξί μου πόδι” από το να κάνεις μια σειρά από ερωτήσεις τύπου ναι ή όχι» λέει ο Όουεν.

Κατά κάποιο τρόπο η ιστορία της αποκωδικοποίησης της σκέψης, θυμίζει την ιστορία της κατανόησης του γονιδίου. Για περίπου εκατό χρόνια μετά την δημοσίευση της «Καταγωγής των ειδών» του Δαρβίνου το 1859, το γονίδιο ήταν κάτι το αφαιρετικό, που ήταν κατανοητό σαν κάτι μέσω του οποίου τα χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται από τον γονιό στο παιδί. Ακόμα και στην δεκαετία του 50 οι βιολόγοι αναρωτιόντουσαν από τι αποτελείται το γονίδιο. Όταν οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ ανακάλυψαν την διπλή έλικα του DNA το 1953, έγινε ξεκάθαρο πώς περνούν μορφή τα γονίδια. 50 χρόνια μετά μπορούσαμε να αλληλουχίσουμε το ανθρώπινο γονιδίωμα, ενώ τώρα μπορούμε να το τροποποιήσουμε.

Οι σκέψεις ήταν κάτι το αφηρημένο για ακόμα περισσότερο χρόνο. Τώρα ξέρουμε όμως τι πραγματικά είναι: μοτίβα νευρικής δραστηριότητας που ανταποκρίνονται σε σημεία του νοηματικού χώρου. Το μυαλό – το μόνο πραγματικά ιδιωτικό μέρος – έχει καταντήσει επιθεωρήσιμο από έξω. Στο μέλλον ένας θεραπευτής, που θα θέλει να κατανοήσει το γιατί η σχέση σου απέτυχε, θα εξετάζει τις διαστάσεις των μοτίβων στα οποία ανήκει ο εγκέφαλος σου.

Κάποιοι επιληπτικοί ασθενείς που πρόκειται να υποστούν χειρουργείο, έχουν ήδη ενδοκρανιακούς αισθητήρες τοποθετημένους μέσα στο εγκέφαλο τους, τους οποίους οι ερευνητές μπορούν να τους χρησιμοποιήσουν ώστε να βοηθήσουν στην καθοδήγηση των νευρικών τους μοτίβων μακριά από αυτά που σχετίζονται με την κατάθλιψη.

Με πιο ραφιναρισμένο έλεγχο το μυαλό μπορεί να οδηγηθεί οπουδήποτε κάποιος θέλει (η φαντασία ανατριχιάζει με τις πιθανότητες, τόσο για καλό όσο και για κακό σκοπό). Σίγουρα το καταφέρνουμε ήδη αυτό με το διάβασμα, την σκέψη, την παρακολούθηση και την συζήτηση.

Τα τελευταία χρόνια, ο Νόρμαν υποστηρίζει πως τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα που περιέλαβαν βασικά μοντέλα και των δύο περιοχών του εγκεφάλου αποδείχτηκαν εξαιρετικά ισχυρά. Υπήρξε ένας κύκλος ανατροφοδότησης μεταξύ της μελέτης της ΤΝ και της μελέτης του πραγματικού ανθρώπινου εγκεφάλου και γίνεται ολοένα και πιο γρήγορη. Οι θεωρίες για την ανθρώπινη μνήμη ενημέρωναν νέα σχέδια για συστήματα ΤΝ και αυτά τα συστήματα με την σειρά τους, πρότειναν ιδέες για το τι να ερευνήσουμε στον πραγματικό ανθρώπινο εγκέφαλο.

«Είναι συναρπαστικό το πώς φτάσαμε σε αυτό το σημείο» δηλώνει ο Νόρμαν.