A Thousand Brains

Ok, ik heb ‘t uit. Hier is de bespreking:

A Thousand Brains – A new theory of intelligence

Jeff Hawkins

Basic Books, 2021 (249 pp)

Hoe werkt ons brein? Hoe kunnen gedachten ontstaan uit die grijze, vochtige kliederboel die onder onze hersenpan zit? Gedachten die dingen maken, revoluties ontsteken, planeten ontdekken? Iets met elektrische stroompjes, dat weten we ergens wel. Maar hoe dan? En hoe ontstaat intelligentie?

Jeff Hawkins is een ‘amateur,’ in de letterlijke zin: een liefhebber. Hij richtte Palm op, de eerste fabrikant van handcomputers; en met het fortuin dat hij daarmee verdiende richtte hij een onderzoekscentrum op om zich met enkele tientallen medewerkers te wijden aan wat hem al vanaf de universiteit fascineerde: de werking van het brein, en dan vooral de neocortex, de zetel van onze intelligentie.

Hij heeft al tientallen wetenschappelijke studies gepubliceerd, en ‘A Thousand Brains’ is de samenvatting voor leken. Gesimplificeerd, zodat het nog net te begrijpen is voor leken die er enige moeite voor willen doen. Zijn stelling is: we kijken helemaal verkeerd naar de werking van ons brein. We hebben al ons onderzoek gebouwd op een verkeerde, beperkte aanname. Daarom zullen we ook nooit echte Kunstmatige Intelligentie (Artifical Intelligence, AI) kunnen ontwikkelen. Alles wat we tot nu toe hebben geprogrammeerd is prutswerk; de beste AI is minder intelligent dan een kind van 5, of een hond.

Waarom? Waar zitten we dan mis? We zijn er de afgelopen vijftig jaar van uit gegaan dan cognitie een ‘hierarchisch’ proces is, verbeeld als een soort ‘flow chart.’ Bijvoorbeeld: het oog ziet iets, projecteert dat, geeft het door via een zenuw aan een gebied in de neocortex; dat geeft het door aan een volgend gebied dat de signalen verder interpreteert; en zo nog een paar keer totdat de hersenen een compleet beeld hebben van datgene wat het oog ziet.

Dit is fundamenteel fout, zegt Hawkins: de neocortex werkt heel anders.

We hebben een ‘oud’ brein, daterend uit de tijd dat we wandelende apen waren; de ‘neocortex’ is letterlijk ‘de nieuwe bovenlaag.’ Die ligt bovenop ons ‘oude’ brein, dat onze primaire lusten, emoties en functies aanstuurt. De neocortex doet de intelligente dingen, maar kan niet rechtstreeks lichaamsfuncties aansturen. Geen enkele cel in de neocortex is aangesloten op een spier. Voorbeeld: wij kunnen onze adem inhouden – neocortex – maar als het oude brein ontdekt dat het lichaam te weinig zuurstof krijgt negeert hij de neocortex en neemt hij de regie over.

Het ‘oude’ brein bevat allerlei duidelijk herkenbare organen, die elk hun eigen functie hebben. De neocortex, die bijna 70 procent van het totale brein omvat, heeft geen onderdelen met eigen kenmerken; hij ziet er overal hetzelfde uit. Maar hij is wel opgedeeld in tientallen gebieden die verschillende functies vervullen.

Als je de neocortex plat kon neerleggen en alle kreukels eruit strijken zou je een plak krijgen ongeveer zo groot als een servet, en twee keer zo dik, ongeveer 2,5 millimeter dik. Hij bestaat uit ongeveer 150.000 ‘corticale zuilen’ (cortical columns) van ongeveer een millimeter doorsnee, en dus 2,5 millimeter hoog. Denk aan 150.000 hele korte stukjes spaghetti, rechtopstaand, tegen elkaar aangedrukt.

De complexiteit is verbluffend: in iedere corticale zuil, dus 2,5 kubieke millimeter, zitten ongeveer 100.000 neuronen, 500 miljoen connecties tussen neuronen (genaamd synapsen) en enkele kilometers axons en dendrieten.

Een theorie gelanceerd in 1978 door Vernon Mountcastle zegt dat de neocortex evolutionair groeide niet door verschillende onderdelen toe te voegen (zoals het oude brein), maar telkens kopieën te maken van bestaande. Alle onderdelen van de neocortex werken hetzelfde. Alle zoogdieren hebben een neocortex, net zoals wij; die van ons is groter omdat we meer gekopieerd hebben. Ieder onderdeel van de neocortex werkt volgens hetzelfde principe. Kijken, horen, praten, denken – zijn allemaal dezelfde processen. De regio’s van de cortex zijn allemaal hetzelfde; wat ze doen, is afhankelijk van waar ze mee verbonden zijn.

Ieder van die ‘corticale zuilen’ kan leren en herkennen. Er is dus geen hiërarchie. Hoe leert het brein? Hawkins poneert: het brein is een voorspellingenfabriek. Simpel voorbeeld: u hebt een kop koffie naast u staan. U kent die kop. U weet waar het oor is, hoe groot dat is. U kent het logo dat er op staat. Als het oor is afgebroken, dan merkt u dat. Wat gebeurt er dan? De voorspelling die het brein had gemaakt (‘kop heeft oor’) is niet uitgekomen.

‘Het brein leert zijn model van de wereld door waar te nemen hoe de inputs veranderen in de tijd. Er is geen andere manier om te leren. We kunnen niet een document uploaden, zoals een computer. De enige manier waarop een brein iets kan leren is via veranderingen in de inputs,‘ schrijft hij. Die inputs veranderen door beweging. Door onszelf te verplaatsen, of door veranderende waarnemingen. Onze ogen knipperen voortdurend. We bewegen ons hoofd zodat we geluid anders horen. Etc.

De cellen in iedere zuil maken referentiekaders, ze modelleren wat ze waarnemen. Beschouw een referentiekader als een driedimensionaal raster. Daarmee leerden onze primitieve hersenen onze omgeving te modelleren, zodat we ons konden voortbewegen. Daarna werd die methode toegepast op objecten, zodat we die konden gebruiken. En hetzelfde mechanisme gebruiken we nu om abstracte concepten te leren zoals wiskunde, of democratie.

Dit is volgens Hawkins het ‘algoritme’: de referentiekaders die door onze corticale zuilen worden gefabriceerd. ‘Iedere zuil is een leermachine. Iedere zuil leert een voorspellend model uit de inputs, door te kijken hoe die in de tijd veranderen. Zuilen weten niet wat ze leren; ze weten niet wat de modellen voorstellen. Het gaat om de referentiekaders.’

En dat verklaart ook waarom de neocortex zo homogeen is, in vergelijking met het oude brein. Alle regio’s werken volgens hetzelfde principe.

Volgens Hawkins kan iedere corticale zuil leren en herkennen. Er is geen hiërarchie. Daarom noemt hij zijn theorie ‘De Duizend Breinen.’ Maar er is een grens aan wat een enkele corticale zuil kan bevatten. Dus ze moeten samenwerken.

Hoe doen ze dat? Hawkins gebruikt het beeld van de drinkwatervoorziening van een kleine stad. Dat systeem moet onderhouden worden. Waar zit de kennis om dat te doen, en om reparaties te verrichten? ‘Het zou niet handig zijn als er maar één persoon alles wist, en het zou onpraktisch zijn als iedere burger het moest weten. De oplossing is de kennis te verdelen over veel mensen – maar niet te veel.’ Dus er zijn, zeg maar, honderd onderdelen, en voor ieder onderdeel zijn er tien werknemers die het snappen. En iedere werknemers heeft meerdere onderdelen onder zijn hoede. Hij kan ongeveer 20% van het systeem in zijn eentje onderhouden. Zo ben je gedekt als de helft van het personeel ziek wordt; en heb je ook niet te veel mensen op de loonlijst.

Zo werkt het brein ook, zegt Hawkins. Een neuron vertrouwt nooit op een enkele synapse, maar meestal tientallen.

En hoe werken die ‘zuilen’ samen? Door te stemmen. Ze weten allemaal maar een stukje van de werkelijkheid, maar ze communiceren hun kennis naar elkaar en zien wat overlapt en wat niet. Daaruit distilleren ze de ‘werkelijkheid.’

Dit is de ‘Duizend Breinen’ theorie. Om daar te komen neemt Hawkins honderd pagina’s de tijd om de werking van het brein, de theorieën en de geschiedenis van het onderzoek te beschrijven. Dit was voor mij het meest boeiende deel: ik heb voor het eerst het gevoel dat ik iets begin te begrijpen van dat orgaan. Hawkins is een begenadigd schrijver, een geboren didact en prettig bescheiden. ‘De Duizend Breinen Theorie is een theoretisch raamwerk. Het is een beetje alsof we de randen van een enorme legpuzzel hebben gelegd, en weten hoe de puzzel er uit gaat zien. (…) Er is nog heel veel te doen, maar ons werk is makkelijker omdat het correcte raamwerk duidelijk maakt welke stukken nog moeten worden ingevuld. (…) Theoretische raamwerken worden in de loop der jaren verfijnd en aangepast, en ik verwacht dat dit ook zal gebeuren met de Duizend Breinen Theorie; maar de kern van het idee dat ik hier presenteer zal intact blijven, verwacht ik.’

Op naar Deel 2: wat betekent dit voor AI?

Wat we nu AI noemen is het resultaat van machine learning en dat is eigenlijk heel bescheiden. ‘Wetenschappers kwamen tot de ontdekking dat als je net zo veel wilt kunnen als een kind van vijf, je immense hoeveelheden alledaagse kennis moet hebben. Kinderen weten duizenden dingen van de wereld. Ze weten dat vloeistoffen klotsen, ballen rollen, honden blaffen. Ze weten hoe ze potloden, stiften, lijm en papier moet gebruiken. Ze weten hoe je een boek moet openen, en dat papier kan scheuren. Ze kennen duizenden woorden en weten hoe ze die moeten gebruiken om andere mensen aan het werk te zetten.’

Je kunt een computer een kunstje leren, maar dat is het dan ook. Mensen leren aan één stuk door, hun hele leven lang.

De mensen die nu AI ontwikkelen, dromen van AGI: Artificial General Intelligence. Dat is de heilige graal, dat is wat het menselijk brein doet: snel nieuwe taken leren, analogieën zien tussen taken, flexibel nieuwe problemen oplossen. ‘Ik denk niet dat een ‘deep learning network’ ooit AGI zal bereiken als dat netwerk niet de wereld modelleert zoals een menselijk brein dat doet,’ zegt Hawkins. En dat is dus met duizenden breinen die samenwerken, daarvan is hij overtuigd.

Hij behandelt de twee grote angsten van mensen: de ‘intelligentie-explosie,’ oftewel: machines die slimmer zijn dan mensen, en nieuwe machines ontwerpen die slimmer zijn dan zijzelf, steeds sneller, zodat wij uiteindelijk niets meer begrijpen van wat ze doen. En dan kunnen die machines besluiten om ons uit de weg te ruimen omdat we alleen maar in de weg zitten.

De andere angst is dat machines zelfstandig een weg inslaan die niet in het belang van de mensheid is, of zelfs vijandig.

Hawkins handelt beide zorgen koeltjes af. Een paar argumenten: wat mensen collectief allemaal kunnen is zo immens, dat geen enkele computer ooit op alle terreinen de mens kan overtreffen. En kennis opbouwen kan meestal alleen door interactie met de wereld, en dat is onvermijdelijk traag en een proces dat je niet kunt versnellen.

Vijandige computers? Nou ja, als je een machine programmeert om iets te doen, dan moet je ook de ‘stop’-knop inprogrammeren. Waarom zou hij wel het ‘start’-commando opvolgen en niet het ‘stop’-commando?

Hij handelt ook in een paar pagina’s de grote vraag van ‘bewustzijn,’ consciousness, af.  Kan een machine ooit bewustzijn krijgen? Hawkins haalt zijn schouders op en zegt ‘bewustzijn is een proces van neuronen,’ dus als we eenmaal een machine kunnen programmeren die functioneert volgens dezelfde processen als ons brein, dan zal die ook best bewustzijn kunnen hebben.

Dus behalve gewone wetenschappelijke nieuwsgierigheid heeft Hawkins ook een andere drijfveer: pas als je het mechaniek van het menselijk brein snapt, kun je beginnen met het bouwen van een kunstmatig brein.

Dat is onder andere nuttig om zelfwerkende robots te ontwikkelen, en die heb je nodig om bijvoorbeeld Mars te koloniseren. Daarmee komen we in deel 3, waarin Hawkins aan het eind van zijn betoog in zijn praatstoel wat zit weg te dromen.

De planeet Mars is te onherbergzaam voor mensen; dus zou je het liefst robots het voorbereidende werk laten doen. Dat kan alleen als ze echt intelligent zijn, oftewel onverwachte problemen oplossen.

Maar ons oude brein zit in de weg. Dat is alleen maar bezig om de voortplanting van genen te waarborgen, in plaats van de verspreiding van intelligentie. Je hoort Hawkins denken, hij zou het liefst dat oude brein bij iedereen laten wegopereren. Maar dat zegt hij niet.

Intussen mijmert hij door. Nog een paar voorbeelden, ik kan niet het hele boek oplepelen. Dinosaurussen zijn uitgestorven. Ooit zal ons dat overkomen. Halen we onze schouders op? Of zouden we toch iets willen nalaten? Ja, zegt hij: beeld je eens in hoe spannend het zou zijn als wij opeens een erfenis tegenkwamen van een cultuur die miljoenen jaren geleden had bestaan?

De zoektocht naar buitenaards leven. ‘Ik vermoed dat buitenaards leven heel veel voorkomt,’ zegt hij. ‘Er zijn waarschijnlijk 40 miljard planeten alleen al in de Melkweg waar leven mogelijk is.’ (40 milJARD! alleen al in ons sterrenstelsel. Er zijn miljarden sterrenstelsels!)

Sommige mensen denken dat we vooral niet de aandacht moeten trekken van intelligente wezens uit andere sterrenstelsels. Niet Hawkins. ‘Die angst doet mij denken aan de fout die veel jonge ondernemers maken. Ze zijn bang dat iemand hun idee zal stelen en willen het dus geheim houden. Maar in bijna alle gevallen is het beter om je idee te delen met mensen. Andere mensen kunnen je product- en handelsadvies geven. (…) Het ligt in de aard van mensen – oftewel, het oude brein – om wantrouwig te zijn. In werkelijkheid zul je moeite hebben om iemand te vinden die überhaupt geïnteresseerd is in je verhaal.’

Dus, vervolgt hij: ‘We kunnen redelijkerwijs aannemen dat intelligente wezens elders in het sterrenstelsel zijn ontwikkeld uit niet-intelligente levensvormen, net zoals wij. Dus hebben die groene mannetjes waarschijnlijk dezelfde existentiële bedreigingen meegemaakt als wij. Om lang genoeg te overleven om een ruimte-bevarende cultuur te worden, moeten ze die gevaren hebben overleefd. Dus dan is het waarschijnlijk dat wat voor soort brein ze ook hebben, ze niet langer worden beperkt door valse overtuigingen of gevaarlijk agressief gedrag.’

Ik hou op. Een bespreking is geen samenvatting, ik wil u slechts een beeld geven van wat u kunt verwachten. Ik vond het een heerlijk, uitdagend en inspirerend boek.