درک هستی با کمک الگوریتم‌ها

خانم  Fernanda De La Torre (که در این مقاله او را به اختصار خانم فرناندا خواهیم نوشت)، دانشجوی دکترای علوم اعصاب، از الگوریتم‌های پیچیده برای بررسی پرسش‌های فلسفی درباره قوه ادراک و واقعیت استفاده می‌کند. اگرچه هنوز چند سالی تا پایان تحصیلات تکمیلی خانم فرناندا باقی مانده، زمانی که صحبت از آینده می‌شود، رویاپردازی‌های او هم شروع می‌شود.  او می‌گوید:

«یکی از رویاهای من این است که مدرسه‌ای داشته باشم که بتوانم در آن  قوه ادراک، شناخت و مفاهیمی که این دنیا  می‌خواهد با ما به اشتراک بگذارد را با دیگران مطرح کنم.»

به نظر می‌رسد، ویژگی‌‌ای که فرناندا، دانشجوی دکترای رشته مغز و علوم شناختی MIT را به این نقطه رسانده، بلند‌پروازی و جاه‌طلبی اوست. نکته جالب این که این خانم جوان اخیرا بورسیه‌ای از موسسه معتبر Paul and Daisy Soros گرفته که به او اجازه می‌دهد در یک محیط خلاقانه و کارآمد در لبه تکنولوژی هوش مصنوعی کند و کاو کند. در همین حال، فرناندا هنوز تحت تأثیر کنجکاوی ذاتی خود درباره تخیل انسان است و تمایل دارد این  دانش را به جوامع انسانی وارد کند. 

یک مسیر غیرمتعارف به سوی علوم اعصاب 

اولین مواجهه فرناندا  با علوم اعصاب در کلاس درس نبود، بلکه در زندگی روزمره او بود. در سال‌های کودکی، او مبارزه خواهرش با بیماری صرع را دیده بود. در سن دوازده‌سالگی به طور غیرقانونی از مکزیک به آمریکا و پیش مادرش رفت و در معرض یک زبان و فرهنگ کاملا جدید قرار گرفت. در آمریکا او مجبور بود با شخصیت ناپایدار مادرش و یک رابطه پرچالش دست و پنجه نرم کند.

فرناندا می‌گوید:

«اتفاقات مختلفی که در اطرافم رخ داد، باعث تحریک کنجکاوی من در رابطه با نحوه کار علم روانشناسی شد. دوست داشتم بدانم ذهن چگونه کار می‌کند و چگونه همه ما می‌توانیم در یک محیط باشیم و احساسات متفاوتی داشته باشیم.»

ناگفته پیداست، برای او پیدا کردن راهی که با کمک آن بتواند پاسخی برای کنجکاوی‌های چالش‌برانگیز خود پیدا کند، خیلی سخت بود. به عنوان یک مهاجر غیرقانونی دسترسی او به کمک‌های مالی محدود بود. دبیرستانی که او در آن تحصیل می‌کرد هم کمبود بودجه داشت و در کل گزینه‌های زیادی پیش روی فرناندا نبود. با این حال، مِنتور‌هایی (به اصطلاح مربیان) که داشت، این  دانشمند مشتاق را حمایت کردند و او از طریق یک برنامه در مدرسه‌اش، توانست از دوره‌های کالج محلی برای گذراندن پیش‌ نیازهای لازم استفاده کند.  فداکاری‌های فرناندا برای کسب علم خیلی الهام‌بخش بود و او توانست برای گذراندن مقطع کارشناسی به دانشگاه ایالتی کانزاس برود و در حوزه  علوم کامپیوتر و ریاضی تحصیل کند.

در دانشگاه ایالت کانزاس، او برای اولین بار توانست طعم واقعی تحقیق  و پژوهش را بچشد. فرناندا، درباره تجربه کار در آزمایشگاه شناخت بصری که در آن توانست با زمینه «علوم اعصاب محاسباتی» آشنا شود، می‌گوید:

«من فقط مجذوب سؤالاتی بودم که می پرسیدند و محو فضای جدیدی بودم که قبل از آن تجربه‌اش را نداشتم.»

اگرچه دانشگاه  ایالت کانزاس برنامه اختصاصی برای علوم اعصاب نداشت، تجربه تحقیقاتی او در زمینه شناخت، او را به سوی یک آزمایشگاه «یادگیری ماشین» سوق داد که توسط یک استاد علوم کامپیوتر به نام «William Hsu» مدیریت می‌شد. در آن جا، فرناندا شیفته امکان استفاده از محاسبات برای مدل‌سازی مغز انسان شد. William Hsu او را متقاعد کرد که ادامه این مسیر به عنوان  یک حرفه علمی امکان‌پذیر است. فرناندا درباره استاد خود می‌گوید:

«او همیشه باعث می شد که من احساس کنم می‌توانم به سؤالات بزرگی پاسخ دهم.»

فرناندا، با اعتماد به نفسی که در دانشگاه کانزاس به دست آورد، در سال ۲۰۱۹ میلادی به عنوان دانشجوی فوق لیسانس به MIT و آزمایشگاه Tomaso Poggio آمد که تحت نظر  Eugene McDermott، استاد مغز و علوم شناختی و سرمایه‌گذار موسسه McGovern کار کند. با کمک Poggio که مدیر مرکز مغزها، ذهن‌ها و ماشین‌های MIT هم بود، کار بر روی تئوری یادگیری عمیق یا همان دیپ‌ لرنینگ را آغاز کرد. دیپ لرنینگ، حوزه‌ای از یادگیری ماشین یا ماشین لرنینگ است که در آن بررسی می‌کنند که شبکه‌های عصبی مصنوعی مدل‌سازی‌شده بر اساس کارکرد مغز چگونه می‌توانند الگوها را تشخیص دهند و یاد بگیرند. 

فرناندا، در مورد شبکه‌های عصبی و کارکردهای متنوع آن در حوزه‌های مختلف، از اتومبیل‌های خودران گرفته تا صنعت پزشکی گفت و افزود:

«این یک حوزه جذاب با سوالات جالب است؛ زیرا ما شروع به استفاده از آن‌ها در همه جا کرده‌ایم و در عین حال هنوز به طور کامل نمی‌دانیم که این شبکه‌ها چطور می‌توانند با این که عملا هیچ چیز نمی‌دانند و فقط یک یکسری اعداد هستند، خروجی‌هایی معنی‌دار داشته باشند.»

تجربه همکاری  به عنوان یک فوق لیسانس اولین فرصت واقعی فرناندا بود که بتواند مهارت فنی کامپیوتری که در دوره کارشناسی علوم اعصاب یاد گرفته بود را به کار ببرد. همچنین این اولین بار بود که او می‌توانست به طور کامل بر روی پژوهش و تحقیق تمرکز کند. البته انگار احساس فرناندا در این باره به نوعی متناقض بود؛ چرا که او می‌گوید:

«این اولین باری بود که من بیمه درمانی و حقوق ثابت داشتم و این موضوع از جهاتی زندگی من را تغییر می‌داد، اما در ابتدا مشارکت در تحقیقات برای من اضطراب‌آور بود، من نگران بودم و مطمئن نبودم که به اینجا تعلق داشته باشم.»

با این حال خوشبختانه این دانشجوی جوان توانست با کمک شور و شوقی که برای این رشته داشت و همچنین حمایتی که از Poggio و سایر همکارانش در دپارتمان مغز و علوم شناختی MIT گرفت، بر احساسات بد خود غلبه کند و وقتی فرصت ادامه تحصیل در مقطع دکترا و مرتبط با این تحقیقات برای او فراهم شد، بدون درنگ آن را پذیرفت.» فرناندا، در مورد تصمیم خود برای ماندن در MIT برای دکتری می‌گوید:

«من می‌دانستم در این جا مِنتورهایی هستند که واقعا به دانشجویان خود اهمیت می‌دهند و این موضوع برای من خیلی مهم و پرمعنا بود.»

گسترش مفاهیم واقعیت و خیال‌پردازی با کمک الگوریتم‌ها

در طول دو سالی در زمان نگارش این مطلب از تحصیلات تکمیلی فرناندا می‌گذرد، او در حوزه درک شبکه‌های عصبی و کاربردهای آن‌ها در مطالعه مغز انسان فعالیت داشته است. او با کمک همکاران خود از بخش‌های مختلف درگیر سوالات فلسفی‌تری در مورد چگونگی ایجاد حس فردیت به عنوان یک موجود مستقل است. همچنین علاقه دارد بررسی کند خودآگاهی چگونه ایجاد می‌شود و چرا ممکن است مفید باشد؟

 مشاور اصلی فرناندا، پروفسور Josh McDermott است که رهبری آزمایشگاه علوم محاسباتی را بر عهده دارد. آن‌ها تلاش می‌کنند بفهمند مغز چگونه حس بینایی و شنوایی را ادغام می‌کند. ترکیب احساسات ممکن است به سادگی یک پردازش پایه‌ای به نظر برسد، اما سوالات بی‌پاسخ زیادی در مورد این که چگونه مغز ما سیگنال‌های متعدد را ترکیب کرده و به یک درک منسجم از جهان می‌رسد، وجود دارد.

خیلی از سوالات به خاطر وجود توهمات سمعی و بصری ایجاد می‌شوند؛ به این صورت که چیزی که ما می‌شنویم، چیزی را که می‌بینیم تغییر می‌دهد. برای مثال اگر کسی ویدیویی یا محتوایی ببیند که در آن  دو دیسک یا صفحه در حال عبور از کنار هم هستند و در ویدیو صدای برخورد هم شنیده شود، دریافت مغز این خواهد بود که دیسک‌ها به جای عبور از کنار هم، با یکدیگر برخورد کرده‌اند. حال فرض کنید، یک تصویر مبهم داشته باشیم. در این حالت، احساس شنوایی می‌تواند به سادگی باعث شود درک متفاوتی از واقعیت داشته باشیم. 

او می‌گوید:

«در مغز ما اتفاق جالبی رخ می دهد. مغز ما دو سیگنال مختلف دریافت می‌کند که به ما چیزهای متفاوتی می‌گویند و با این حال ما باید سیگنال‌ها را به شیوه‌ای ترکیب کنیم که بتوانیم دنیا را درک کنیم.»

فرناندا، با استفاده از آزمایش‌های رفتاری بررسی می‌کند که مغز انسان چطور می‌تواند احساس‌های مختلفی را دریافت کند، آن را به یک حس واحد تبدیل کرده و به درک خاص و مشخصی از جهان برسد. برای انجام این کار  او در فضای سه‌بعدی صحنه‌های مختلفی از اشیا را ایجاد کرده‌است که صداهای مختلف دارند و از شرکت‌کنندگان در تحقیق می‌خواهد تا صحنه‌ای که می‌بینند را توصیف کنند.

به عنوان مثال در یک آزمایش، او تصاویری از حرکت یک بلوک روی یک سطح با سرعت‌های متفاوت را با صداهای خراش‌مانند مختلف ترکیب می‌کند و از شرکت‌کنندگان می‌خواهد تا میزان زبری یا همان سختی سطح را تخمین بزنند. در نهایت او امیدوار است که آزمایش را در فضای واقعیت مجازی انجام دهد و شرکت‌کنندگان بتوانند به جای این که تنها حدس بزنند، سطح ممکن است چقدر سخت باشد، بلوک را به صورتی فیزیکی هُل بدهند و از بررسی میزان فشاری که وارد می‌کنند، بررسی شود که سختی سطح در ذهن آن‌ها چقدر است. 

بعد از آن که که فرناندا داده‌ها را جمع‌آوری کرد، وارد فاز مدل‌سازی تحقیق خود خواهد شد و ارزیابی خواهد کرد که آیا شبکه‌های عصبی چند حسی توهمات انسان‌ها را درک می‌کنند یا خیر؟

فرناندا گفت:

«ما قصد داریم آنچه که دقیقا اتفاق می‌افتد را مدل کنیم.»

و افزود:

«می‌خواهیم بفهمیم، ما چگونه دو سیگنال را از محیط می گیریم، آن‌ها را ادغام می‌کنیم و در عین حال از تمام دانش و استنتاجات فیزیکی پیشین خود استفاده می‌کنیم تا بتوانیم واقعا جهان را درک کنیم؟»

با اینکه دو زمینه تحقیقاتی او با Yang و McDermott، ممکن است متفاوت به نٰظر برسد، اما او ارتباط روشنی بین این دو می‌بیند. هر دو پروژه درباره این هستند که بفهمیم شبکه‌های عصبی مصنوعی قادر به انجام چه کارهایی هستند و چه اطلاعاتی درباره مغز به ما می‌دهند. در یک سطح عمیق‌تر، او می‌گوید که این که چگونه مغز با کمک نشانه‌های حسی مختلف دنیا را درک می‌کند، ممکن است بخشی از چیزی باشد که به مردم حس فردیت می‌دهد. ادراک حسی، با ساختن یک حس منسجم و واحد از جهان با کمک منابع متعدد داده‌های حسی ممکن می‌شود. او همچنین معتقد است:

«حس فردیت یا خود بودن، ترکیبی از اقدامات، طرح‌ها، اهداف و احساسات است. همه این‌ها با وجود تفاوت‌هایی که دارند، بخشی از  اجزای «خود» هستند و به نوعی یک موجود واحد را ایجاد می‌کنند.»

این تحقیقات با شخصیت خود فرناندا که تلاش می‌کند جنبه‌های مختلف زندگی‌اش را درک و تلفیق کند، خیلی متناسب است. برای مثال، او که در آزمایشگاه علوم محاسباتی کار می‌کند، شروع به انجام یک  آزمایش و ترکیب موسیقی الکترونیک با یک موسیقی محلی از سرزمین مادری اش مکزیک کرده‌است که دو جهان متفاوت او را به هم متصل می‌کند. امکان انجام پژوهش‌های مختلف و همکارانی که او را تشویق می‌کنند هم از بخش‌های مورد علاقه او برای حضور در MIT است.

این مقاله ترجمه‌ای از پست Understanding reality through algorithms از مجله خبری دانشگاه MIT است.