Σάββατο, 6 Ιουνίου 2009

Στα ίχνη του Matrix

Οι πρόσφατες εντυπωσιακές εξελίξεις στο πεδίο έρευνας της μηχανικής αναπαραγωγής των ανθρώπινων αισθητηριακών λειτουργιών οδηγούν αφενός στη δημιουργία τεχνητών κόσμων και αφετέρου μας επιτρέπουν να βιώνουμε ρεαλιστικά, με όλες μας τις αισθήσεις, απίστευτα ταξίδια στον χώρο και στον χρόνο.

Οι μελλοντικές εφαρμογές αυτών των τεχνολογικών εξελίξεων είναι πάμπολλες: από την ιατρική μέχρι τη βιομηχανία και από την προσωπική διασκέδαση μέχρι την ερωτική μας ζωή. Όσο για τις κοινωνικές τους συνέπειες; Προοιωνίζονται άκρως ανατρεπτικές.

Η κεντρική ιδέα πάνω στην οποία οικοδομείται η διάσημη κινηματογραφική τριλογία «Matrix» των αδελφών Γουατσόφσκι είναι μάλλον γνωστή: κάποια στιγμή στο μέλλον η τεχνητή νοημοσύνη κυριαρχεί πάνω στην ανθρώπινη. Πλην ελαχίστων εξαιρέσεων, οι άνθρωποι «ζουν» σε μια εικονική πραγματικότητα, μέσα σε μια ψηφιακή Μήτρα (Matrix), δημιουργημένη και συντηρούμενη από τα ρομπότ.

Ο ήρωας Νίο (Κ. Ρίβς) εισέρχεται και δρα μέσα στον ψηφιακό κόσμο μέσω ενός καλωδίου που τοποθετεί κατευθείαν μέσα στον εγκέφαλό του, και χάρη στο οποίο συνδέεται με τη Μήτρα. Όταν εισέλθει στην εικονική πραγματικότητα, και για όσο χρόνο βρίσκεται συνδεδεμένος με τη Μήτρα, κάθε αισθητηριακή του αντίληψη, κάθε αίσθημα που βιώνει «εγγράφεται» μέσα στον εγκέφαλό του από τον υπερυπολογιστή.

Συνεπώς ο Νίο δεν μπορεί να αναγνωρίσει ότι το περιβάλλον μέσα στο οποίο βρίσκεται και κινείται δεν έχει καμία υλική υπόσταση αλλά μόνο ψηφιακή. Ωστόσο, όποτε δέχεται ένα «ψηφιακό» χτύπημα πονά πραγματικά. Και θα ήταν λάθος να πιστέψει κανείς ότι αυτά συμβαίνουν μόνο σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Αρκεί να αναλογιστεί πώς δρουν πάνω στο σώμα μας οι αναλγητικές φαρμακευτικές ουσίες: ούτε εξαλείφουν ούτε θεραπεύουν τα αίτια του πόνου, απλώς τα απομονώνουν, παραπλανώντας τους ειδικούς νευρικούς δέκτες του πόνου.

Δεν είναι όμως μόνο σε αυτό το σημείο που η ταινία «Matrix» αποδεικνύεται ιδιαίτερα προφητική. Τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερα επιστημονικά εργαστήρια επιχειρούν να αναπαραγάγουν μέσω υπολογιστών σύνθετα βιολογικά φαινόμενα (π.χ. όραση, ακοή).

Σε αυτό το επιστημονικό πεδίο απολύτως πρωτοποριακές θεωρούνται οι έρευνες που πραγματοποιούνται στα περίφημα εργαστήρια του ΜΙΤ (Massachusetts Institute of Technology), στη Βοστόνη των ΗΠΑ. Πιο συγκεκριμένα, η διεθνής επιστημονική κοινότητα έχει από καιρό αναγνωρίσει τόσο την πρωτοτυπία όσο και τη σπουδαιότητα των μελετών δύο ερευνητικών ομάδων που εργάζονται στο Ινστιτούτο McGovern του ΜΙΤ για την έρευνα του εγκεφάλου.

Αναζητώντας τον αλγόριθμο της όρασης

Η πρώτη ομάδα του ΜΙΤ διευθύνεται από τον Tomaso Poggio, ενώ η δεύτερη από τον James DiCarlo, δύο από τους πιο πρωτότυπους ερευνητές της όρασης. Ίσως τα πειράματα αυτά να φαίνονται, για την ώρα, λιγότερο εντυπωσιακά από τη σκηνογραφία της ταινίας, επειδή οι πρωταγωνιστές αυτών των ερευνών είναι πίθηκοι μακάκοι και όχι άνθρωποι. Όμως, δεν θα πρέπει να ξεχνάμε ότι αντικείμενο μελέτης είναι η όραση, η πιο πολύπλοκη αισθητηριακή λειτουργία τόσο στον άνθρωπο όσο και στα άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά.

Σκοπός των πειραμάτων είναι η παραγωγή «τεχνητών αισθητηριακών αντιλήψεων». Στόχος μέχρι πρόσφατα άπιαστος αφού, όπως έχει συχνά τονίσει ο Τ. Poggio, «η ικανότητα οπτικής αναγνώρισης αντικειμένων αποτελεί ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα που ο εγκέφαλος οφείλει να λύσει, με τρόπο μάλλον υπολογιστικό».

Η βασική υπόθεση εργασίας ήταν ότι η οπτική διαδικασία, στο σύνολό της, δεν είναι παρά μια εξαιρετικά πολύπλοκη ηλεκτροχημική αλληλουχία προτύπων νευρωνικής ενεργοποίησης, υπόθεση που στηρίζεται σε ό,τι γνωρίζουμε μέχρι σήμερα για τη λειτουργία της όρασης.

Πράγματι, από τη λεπτομερή νευροβιολογική ανάλυση αυτής της εξαιρετικά περίπλοκης φυσιολογικής διεργασίας που συνοψίζουμε στη λέξη «όραση», προκύπτει ότι το αρχικό φωτεινό ερέθισμα το οποίο προσλαμβάνεται από τα μάτια μας «μεταφράζεται» σε μια σειρά νευροχημικών προτύπων λειτουργίας των εγκεφαλικών νευρώνων που είναι επιφορτισμένοι με τη λειτουργία της όρασης.

Μέσα από μια σειρά διαδοχικών κωδικοποιήσεων-αποκωδικοποιήσεων, αλλά κυρίως μέσω της συστηματικής επιλογής και του φιλτραρίσματος του αρχικού οπτικού σήματος, τα ανώτερα οπτικά κέντρα του εγκεφάλου καταφέρνουν τελικά να δημιουργούν μια ικανοποιητική εικόνα του κόσμου.

Γιατί η αναπαραγωγή αυτών των οπτικών λειτουργιών από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή θεωρείται σήμερα αδιανόητη, ενώ ένας βιολογικός εγκέφαλος -όχι απαραίτητα ανθρώπινος- τις πραγματοποιεί αυτομάτως σε κλάσματα δευτερολέπτου;

Για να απαντήσουν σε αυτό το καίριο ερώτημα οι νευροεπιστήμονες μελέτησαν μέσω της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) τις περιοχές του εγκεφάλου που εμπλέκονται στη διαδικασία της όρασης. Ετσι, οι Geraint Rees και John-Dylan Haynes, μελετώντας μια ομάδα εθελοντών στο Λονδίνο, κατάφεραν να «δουν» δύο διαφορετικές εικόνες που διαδέχονταν πάντα η μία την άλλη, μολονότι οι εθελοντές είχαν επίγνωση μόνο της δεύτερης ενώ δεν θυμούνταν τίποτα από την πρώτη εικόνα.

Μια επίσης πολύ σημαντική έρευνα επέτρεψε πριν από τρία χρόνια στον Yukiyasu Kamitani στο Κιότο της Ιαπωνίας και στον Frank Tong στις ΗΠΑ να δουν, μέσω λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας, ποιον ακριβώς προσανατολισμό -έναν ανάμεσα σε 8 διαφορετικές δυνατότητες- είχαν οι γραμμές που παρατηρούσαν οι εθελοντές.

Στην αναγνώριση των αντικειμένων φαίνεται να εμπλέκονται αποφασιστικά δομές που βρίσκονται στο κατώτερο μέρος του κροταφικού φλοιού. Όταν το οπτικό σήμα περνά μέσα στις δομές αυτής της περιοχής, οι νευρώνες εκεί απαντούν σύμφωνα με ένα ορισμένο πρότυπο ή σχήμα ενεργοποίησης. Διαφορετικά εγκεφαλικά πεδία της περιοχής αυτής είναι ευαίσθητα σε διαφορετικά οπτικά αντικείμενα: τόσο για την αναγνώριση όσο και για την κατηγοριοποίησή τους.

Όπως όμως διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου μπορούν να αποκωδικοποιούν το οπτικό σήμα που φτάνει σε αυτές «προεπεξεργασμένο», το ίδιο είναι σε θέση να κάνει και μία υπολογιστική μηχανή. Χάρη σε πολύ λεπτά ηλεκτρόδια που τοποθετούνται πάνω στον εγκέφαλο των πιθήκων μακάκων, χωρίς να προκαλούν καθόλου πόνο, οι ερευνητές στο ΜΙΤ κατάφεραν να παρακολουθήσουν και να καταγράψουν την ηλεκτρική δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων.

Αν, σκέφτηκαν, η εκφόρτιση αυτών των νευρώνων δεν είναι τυχαία, τότε τα πρότυπα ενεργοποίησης, δηλαδή τα σχήματα από τις εκφορτίσεις των νευρώνων που κατέγραφαν, θα έπρεπε να θεωρηθούν ως το νευρωνικό αντίστοιχο αυτού που εκείνη τη στιγμή παρατηρούσαν τα πειραματόζωα!

Κατ' αυτόν τον τρόπο οι ερευνητές του ΜΙΤ κατάφεραν να δημιουργήσουν έναν αλγόριθμο -δηλαδή μια ακριβή υπολογιστική αλληλουχία ή υπολογιστική «μηχανή»- ο οποίος μπορούσε να αναγνωρίζει τα διαφορετικά νευρωνικά πρότυπα που ενεργοποιούνταν όταν π.χ. ο πίθηκος παρατηρούσε ένα πρόσωπο ή μια μπανάνα. Και δεδομένης της λειτουργίας του, βάφτισαν αυτό τον αλγόριθμο «αποκωδικοποιητή».

Διαβάζοντας τον εγκέφαλο;

Η επινόηση του «αποκωδικοποιητή» ίσως αποδειχτεί το πρώτο δειλό βήμα προς την πραγματοποίηση του προαιώνιου ονείρου, ή μάλλον εφιάλτη, να καταφέρουμε κάποτε να διαβάζουμε κατευθείαν τις σκέψεις του άλλου μέσω μιας κατάλληλης υπολογιστικής μηχανής.

Όπως εξάλλου παραδέχεται και ο πρωταγωνιστής αυτών των ερευνών James DiCarlo: «Οι έρευνές μας μας υποδεικνύουν τον αριθμό των νευρώνων των οποίων χρειάζεται να καταγράψουμε τη δραστηριότητα ώστε να επιτύχουμε την αναγκαία ακρίβεια. Όμως, για να το πετύχουμε αυτό απαιτείται ένας μηχανικός εξοπλισμός πολύ πιο εξελιγμένος από αυτόν που διαθέτουμε σήμερα. Δεν υπάρχουν θεωρητικοί περιορισμοί αλλά μόνο τεχνικά προβλήματα, αν και ιδιαίτερα πολύπλοκα».

Πράγματι, παρά τη σφοδρή επιθυμία κάποιων κρατικών και στρατιωτικών υπηρεσιών, όπως η Defense Advanced Research Projects Agency των ΗΠΑ, που χρηματοδοτούν αυτές τις έρευνες, να καταλήξουν σε απτά και εφαρμόσιμα αποτελέσματα, υπάρχουν κάποιες ανυπέρβλητες δυσκολίες.

Σήμερα μπορούμε να εντοπίσουμε τις εγκεφαλικές περιοχές ή και τις ομάδες νευρώνων που εμπλέκονται στην επεξεργασία της όρασης ενός αντικειμένου, αγνοούμε όμως σχεδόν ολοκληρωτικά πώς ακριβώς το κάνουν. Επιπλέον, αγνοούμε πώς ακριβώς και γιατί τόσο πολλές και διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται και συνδιαμορφώνουν αυτό που τελικά «βλέπουμε», και κυρίως αυτό που επιλέγουμε κάθε φορά να δούμε.

Ευτυχώς, ο εφιάλτης του «Matrix» δεν προβλέπεται να υλοποιηθεί ούτε στο άμεσο αλλά ούτε και στο απώτερο ορατό μέλλον. Δυστυχώς όμως, η πρόβλεψη αυτή αποδεικνύεται ελάχιστα καθησυχαστική μόλις συνειδητοποιήσει κανείς ότι οι μέθοδοι χειραγώγησης και έλεγχου της ανθρώπινης ζωής και σκέψης «βελτιώνονται» ασταμάτητα, εκμεταλλευόμενες τις προόδους της τεχνοεπιστήμης.

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 21 Μαρτίου 2009.

Δημιουργώντας απολύτως ρεαλιστικές ψευδαισθήσεις»

Ανάμεσα στη δημιουργία μηχανών που υποκαθιστούν τα αισθητηριακά μας όργανα και την επινόηση ολοένα και πιο ισχυρών υπολογιστών, η μεταμοντέρνα τεχνολογία βρίσκεται στα πρόθυρα της δημιουργίας της «αληθοφανούς εικονικότητας»

Φανταστείτε ότι ταξιδεύετε στον χώρο και τον χρόνο χωρίς να σηκωθείτε ποτέ από την καρέκλα σας· ότι μπορείτε να ακούσετε τους ήχους και να έρθετε σε επαφή με τα πιο δυσπρόσιτα γήινα περιβάλλοντα και ταυτόχρονα ότι μπορείτε να μυρίσετε και να γευθείτε τους καρπούς τους. Το Towards Real Virtuality υπόσχεται να ικανοποιήσει τις πιο απίθανες επιθυμίες των χρηστών του.

Περί τίνος πρόκειται; Είναι ένα βρετανικό ερευνητικό πρόγραμμα που έχει θέσει στόχο του να προσφέρει την πιο πλήρη και ολοκληρωτική εμπειρία «καταβύθισης» στην εικονική πραγματικότητα. Πραγματικότητα που εμπλέκει ταυτόχρονα όλες τις ανθρώπινες αισθήσεις. Για την υλοποίηση αυτού του φιλόδοξου τεχνολογικού στόχου εργάζονται πυρετωδώς Βρετανοί επιστήμονες στα Πανεπιστήμια York και Warwick. Έχουν ετοιμάσει μάλιστα ένα «εικονικό κουκούλι», μια περίπλοκη υπολογιστική μηχανή ικανή να μεταδίδει στον χρήστη που βρίσκεται στο εσωτερικό της όλα τα τυπικά αισθητηριακά χαρακτηριστικά μιας πραγματικής εμπειρίας. Για πρώτη φορά στον τομέα της εικονικής πραγματικότητας γίνεται εφικτή η ταυτόχρονη διέγερση και των πέντε ανθρώπινων αισθήσεων. Είναι μάλιστα τόσο ολοκληρωτική αυτή η πολυ-αισθητηριακή καταβύθιση, ώστε ο χρήστης δεν είναι σε θέση να αναγνωρίσει ότι η «πραγματικότητα» που βιώνει είναι εικονική! Ισως γι' αυτό οι Βρετανοί ερευνητές χρησιμοποιούν για να περιγράψουν αυτή τη νέα τεχνολογία τον όρο «ρεαλιστική εικονικότητα» (Real Virtuality).

Η πρώτη δημόσια επίδειξη του «εικονικού κουκουλιού» έγινε στις 4 Μαρτίου στο Λονδίνο, στο πλαίσιο της έκθεσης «Pioneers 09», που διοργανώθηκε από το Engineering and Physical Sciences Research Council και ήταν αφιερωμένη στις σημαντικότερες επιστημονικές καινοτομίες που σχετίζονται άμεσα με τον κόσμο των επιχειρήσεων.

Μέχρι σήμερα τα περισσότερα προγράμματα εικονικής πραγματικότητας περιορίζονταν στην προσομοίωση μίας ή το πολύ δύο ανθρώπινων αισθήσεων, κυρίως της όρασης και της ακοής. Τώρα η «ρεαλιστική εικονικότητα» προσφέρει τη δυνατότητα μιας λιγότερο αποσπασματικής και πληρέστερης καταβύθισης στην ψηφιακή πραγματικότητα.

Μετά την πρώτη επίσημη παρουσίασή του, το Towards Real Virtuality αναμένεται να κάνει την είσοδό του και στην αγορά ως πολύτιμο εκπαιδευτικό ή ψυχαγωγικό εργαλείο. Βέβαια δεν είναι λίγοι εκείνοι που ασκούν δριμύτατη κριτική στη μαζική χρήση τέτοιων «ψευδαισθησιογόνων» τεχνολογιών που απομονώνουν πλήρως τον χρήστη από την πραγματικότητα. Ισως τέτοιου τύπου -ολοκληρωτικές και αλλοτριωτικές- ψηφιακές τεχνολογίες, και όχι οι νευροτεχνολογίες, να ανοίξουν το δρόμο για την υλοποίηση του εφιαλτικού σεναρίου του «Matrix».

Του Σπύρου Μανουσέλη. Από την ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ του Σαββάτου, 21 Μαρτίου 2009.