Коннекционизм – это новая парадигма в когнитивной психологии, представляющая модель способа хранения и извлечения информации путем параллельной распределенной обработки сигналов (PDP), в искусственном интеллекте - это искусственные нейронные сети (ANN). Коннекционизм утверждает, что обучение, представление и обработка информации являются параллельными, распределенными и интерактивными (взаимодействующими) по своей природе.
В когнитивной психологии коннекционизм можно определить как «теорию психики, предполагающую наличие большого количества простых единиц, связанных в параллельную распределенную сеть». Умственные операции, такие как память, восприятие, мышление и т. д., не локализованы, а распределены по очень сложной нейронной сети, работающей параллельным образом. Эта теория основана на допущении, что единицы одновременно, или параллельно, возбуждают или тормозят друг друга по всей системе. Это отличает ее от теорий последовательной обработки, предполагающих, что обработка единиц осуществляется лишь в последовательности. Число участвующих в процессе пар единиц, даже в такой простой задаче, как печатание слова, может быть значительным. Знания распределены всюду по системе именно в связях между парами единиц.
Коннектом Себастьяна Сеунга
Себастьян Сеунг - корейско-американский междисциплинарный ученый, чьи исследования охватывают области нейробиологии, физики, биоинформатики, машинное обучение и искусственный интеллект. На данном этапе он пионер в новой области коннектомики - «разработка новых вычислительных технологий для картирования связей между нейронами», который был описан как картограф мозга. Коннектом - это карта всех нейронных связей в мозгу, именно она делает нас теми, кто мы есть. С 2014 года он является профессором информатики и нейробиологии в Институте нейробиологии Принстонского университета и руководит лабораторией в Центре нейронной динамики Джеффа Безоса. Раньше он работал в Массачусетском технологическом институте профессором вычислительной нейробиологии на кафедре мозга и когнитивных наук и профессором физики. С 2015 года он вошел в совет консультантов Nara Logics, стартапа из Массачусетского технологического института, специализирующегося на исследованиях мозга и больших данных. С 2018 года Сеунг главный научный сотрудник Samsung.
Он наиболее известен как пионер коннектомики. Его книга «Коннектом» по версии Wall Street Journal вошла в десятку лучших научно-популярных книг 2012 года и переведена на десятки языков.
Себастьян Сеунг родился в 1966 г в Остине, штат Техас. Его отец Томас Сеунг - профессор философии Техасского университета в Остине и корейско-американский иммигрант, бежавший из Северной Кореи в подростковом возрасте.
Он изучал теоретическую физику на бакалавриате в Гарвардском университете (поступил в 1982 году, когда ему было 16 лет), а в аспирантуру на втором курсе, когда ему было 17 лет. Затем он пошел прямо в аспирантуру Гарварда и получил степень доктора философии. в 1990 году под руководством Дэвида Роберта Нельсона.
Во время учебы в докторантуре Сеунг кратко стажировался в Bell Labs в 1989 году. Там он познакомился с математической проблемой нейронных сетей. Он закончил докторантуру в Еврейском университете Иерусалима и вернулся в Bell Labs и стал сотрудником отдела теоретической физики. В 2004 г он поступил на факультет Массачусетского технологического института сначала как профессор физики, а затем как профессор нейробиологии.
Переключитесь на нейробиологию и коннектомику
Это было ближе к концу 2005 года, когда Сеунг переключился с физики на нейробиологию, что в то время считалось рискованным шагом в карьере. В ноябре один из его бывших наставников Дэвид Танк из Bell Labs предложил Себастьяну решить задачу: как работает мозг? Его пригласили на конференцию по нейробиологии в Германию, и в январе 2006 года он привел двух своих аспирантов, чтобы они узнали о новой технологии, созданной Винфридом Денком для визуализации мозга в более высоком разрешении. Именно тогда Сеунг день и ночь работал над написанием заявок на гранты для финансирования вычислительных исследований в области коннектомики, которые в то время считались «весьма спекулятивным инженерным проектом».
Коннект является картой 100 триллионов нейронных связей в мозге. Как геном представляет собой карту ДНК вида, так коннект представляет нейрокарту мозга. Он популяризировал теорию коннектома в своем выступлении на конференции TED 2010 года под названием «Я - мой коннектом»:
"Мы живем в удивительное время, эру геномики. Ваш геном - это вся последовательность вашей ДНК. Ваша и моя последовательность немного различаются. Вот почему мы выглядим по-разному. У меня карие глаза. Ваши могут быть голубыми или серыми. Но дело не только во внешности. Газеты пестрят заголовками, что наши гены передают нам страшные заболевания, формируют наши личности или даже являются причиной умственных расстройств. Похоже, наши гены имеют колоссальное влияние на наши судьбы. И все же, я склонен думать, что я больше чем мои гены. Я – это мой коннектом" Себастьян Сеунг
На данном этапе известен только один коннектом - коннектом червя-нематоды. Его скромная нервная система состоит из всего лишь трехсот нейронов. И в 1970-х и в 80-х годах команда ученых нанесла на карту все 7000 соединений между этими нейронами. Коннектом человека намного сложнее, потому что наш мозг содержит 100 миллиардов нейронов и в 10 000 раз больше соединений. Наш коннектом содержит в миллион раз больше соединений, чем количество букв в нашем геноме. Это ОЧЕНЬ много информации.
Что это за информация? Нам не известно это наверняка, но есть теории. С 19-го века неврологи стали подозревать, что, может быть, это наши воспоминания - информация, делающая нас нами - может быть, воспоминания хранится в соединениях нейронов. И возможно другие аспекты нашей индивидуальности - наша личность и наш интеллект - могут быть, также закодированы в соединениях между нейронами. Теперь нам должно быть понятно, почему Человек – это его коннектом. На самом деле мы не знаем, верна ли эта гипотеза, потому что у нас никогда не было технологий настолько сильных, чтобы проверить ее. Определение коннектома червя заняло более 12 лет упорного труда. Чтобы определить коннектом мозга, сравнимого с нашим, мы должны иметь более продвинутые автоматизированные технологии, которые увеличивают скорость нахождения коннектомов.
"В один прекрасный день армия микроскопов совместит каждый нейрон и каждый синапс в огромной базе данных фотографий. И однажды суперкомпьютер с искусственным интеллектом их проанализирует и объединит в коннектом. Это определение полного коннектома человека станет одним из величайших технологических достижений всех времен, увенчает успехом работу многих поколений.
В детстве пока вы растете, и во время вы стареете, ваша индивидуальность медленно меняется. Так же и каждый коннектом меняется со временем. Какие же изменения происходят? Нейроны, словно деревья, могут отращивать новые ветви и терять старые. Синапсы могут создаваться и уничтожаться. Также синапсы могут увеличиваться и могут уменьшаться. Второй вопрос: что приводит к этим изменениям? Вообще-то это правда, в какой-то степени, эти изменения закодированы в ДНК. Но это ещё не вся история, потому что есть сигналы, электрические сигналы, путешествующие вдоль ветвей нейронов, и есть химические сигналы, перепрыгивающие от ветви к ветви. Эти сигналы называются нервной деятельностью. Есть много свидетельств, что нервная деятельность программирует наши мысли, чувства и восприятие, наш ментальный опыт. Есть много свидетельств, нервная деятельность может быть причиной изменений. Это будет значить, что ваши переживания и опыт могут изменить ваш коннектом. Вот почему каждый коннектом уникален даже генетически идентичных близнецов. Коннектом - это то место, где природа встречается с воспитанием. Также может быть правдой то, что даже простая мысль может изменить ваш коннектом - эту идею многие могут посчитать вдохновляющую" Себастьян Сеунг
Пример - наши воспоминания хранятся как цепочки синаптических связей внутри нашего мозга. Если активировать первые нейроны начальной цепи, они сигналят вторым нейронам, и те тоже активируются, и так далее по цепочке, словно падающее домино. И эта последовательность нервной активации гипотетически является нервным аналогом наших воспоминаний.
"Поэтому один из способов протестировать теорию - это найти такие цепочки внутри коннектомов. Но это будет нелегко, потому что они не будут выглядеть именно так. Они будут перемешаны. Поэтому мы должны использовать компьютеры, чтобы расшифровать цепь. И если мы сможем это сделать, последовательность нейронов, получившаяся в результате, будет предсказанием картины нервной активности, которая проигрывается в мозгу во время воспоминания. А если нам повезет, это будет первым примером считывания памяти из коннектома.
Вы знаете как легко ошибиться. Ветви нейронов словно провода в мозге. Кто-нибудь может угадать суммарную длину проводов вашего мозга? Я вам подскажу - это огромное число. Я оцениваю её в миллионы километров. И все это упаковано у вас в голове. И если вы вникли в это число, вам легко понять, что есть огромная вероятность неправильного подключения. И действительно, СМИ любят заголовки вроде: "Мозги анорексиков работают по-другому" или "Мозги аутистов подключены иначе". Это правдоподобные утверждения, но на деле, мы не можем видеть подключения в мозг достаточно четко, чтобы сказать это наверняка. Поэтому технологии для изучения позволяют избежать ошибок в подключении мозга, что позволяет избежать умственных заболеваний в этих коннектомах."Себастьян Сеунг
Спасибо за внимание!