Ligjet matematikore të një studimi të bazuar mbi probabilitetin

Eshtë produkti i 500 milionë viteve evolucion dhe mbetet enigma më e madhe që mbajmë brenda vetes

Misteret e trurit njerëzor

Prej shumë kohësh, ne, qeniet njerëzore, kërkojmë të kup tojmë se si funksionon truri ynë, organi më kompleks i universit deri më tani. Sot dimë se në çfarë mënyre ajo që perceptohet nga shqisat tona kthehet më pas në sinjale elektrike, se si pjesët e ndryshme të trurit i përpunojnë këto sinjale, si formohen kujtimet dhe se si i kontrollojmë muskujt. Gjithashtu dimë se cilat pjesë cerebrale aktivizohen kur dëgjojmë dikë të flasë, kur shohim një pikturë, ose kur biem dakord për një çmim. Dhe kemi filluar të kuptojmë mekanizmat e neuroneve në bazën e të kuptuarit dhe të proceseve që marrin vendimet. Por nuk kemi gjetur akoma mënyrën për t‘i bashkuar të gjitha këto teori dhe të krijojmë një të vetme. Në fakt, deri më tani shkencëtarët nuk kanë arritur të formulojnë një ekuivalent të ekuacionit të Skrodinger për fizikën kuantistike, pra një ligj matematikor që përmbledh funksionimin e trurit. Dhe as nuk kanë një projekt të prekshëm në përgjithësi. Por, nëse jemi kaq pranë për të shpjeguar universin, pse truri njerëzor vazhdon të jetë akoma kaq shumë i vështirë për t‘u kuptuar? Sepse është një organ më i vështirë dhe i komplikuar se një sistem fizik. Ai është produkti i 500 milionë viteve evolucion. Kryen shumë funksione, si arsyetimi, memoria, perceptimi, të kuptuarit, vëmendja dhe emocionet (këto sa për të marrë disa shembuj) dhe përdor një numër të pabesueshëm qelizash, lidhjesh dhe receptorësh. Pra, nuk na lejon ta përshkruajmë me një ligj të thjeshtë matematikor. Por kjo nuk i ka penguar ekspertët shkencorë të provojnë e të provojnë sërish. Në këto vitet e fundit ata kanë formuluar një seri hipotezash për mënyrën me të cilën truri përpunon informacionet, me shpresën për t‘i aplikuar më tej në makineritë inteligjente. Por asnjë nga këto ide deri tani nuk ka ngjallur entuziazëm të madh. Por ndoshta një ekip i Universitetit të Londrës ka arritur të zhbllokojë këtë situatë. Karl Friston dhe kolegët e tij kanë formuluar një ligj matematikor, që sipas disave mund të jetë studimi më i afërt i teorisë unike. Puna e tij e ka bërë Stanislas Dehaene të ndërrojë mendje (ky i fundit, një psikolog dhe neuroshkencëtar i "Collége de France" të Parisit) mbi mundësinë se ekziston një ekuacion i Skrodinger për trurin. Friston u nis nga një teori që ekzistonte më parë, e cila e konsideronte materien gri si një makineri për llogaritjen e probabilitetit në gjendje të bëjë parashikime të vazhdueshme për botën dhe t‘i rifreskonte në bazë të perceptimeve të shqisave. Kjo teori lindi në vitin 1983, kur Xhefri Hinton, i Universitetit të Torontos dhe Terri Sejnovski, që në atë epokë punonte në universitetin "Johns Hopkins" të Baltimorës, e përshkruan trurin si një makineri që i merr vendimet në bazë të stimujve që vijnë nga bota e jashtme. Në vitet nëntëdhjetë, të tjerë kërkues hodhën hipoteza se truri dijet e tij i ka përftuar me anë të probabilitetit: në vend të llogarisë distancën e një objekti, duke përdorur një numër, ai e trajton atë si një gamë të mundshme vlerash, disa prej të cilave janë më të mundshme se të tjerat. Truri përdor një mekanizëm rrjedhimor për të ndërtuar modele gjithmonë e më shumë precize për atë se çfarë po ndodh tani dhe do të ndodhë në të ardhmen, mendon Friston. Me fjalë të tjera, truri mendohet se llogarit mundësitë me formulën e Bayes (që e merr emrin nga matematikani britanik i viteve 1700, Tomas Bayes), një sistem për të përditësuar llogaritë e probabilitetit të një ngjarjeje në bazë të informacioneve të reja. Nga një seri eksperimentesh mbi perceptimin dhe të kuptuarit është zbuluar se njerëzit e llogarisin pozicionin ose shpejtësinë e një objekti në lëvizje me një metodë korrespondente me teorinë e probabilitetit të Bayes. Madje është vërtetuar se truri formulon parashikime dhe i përditëson sipas teorisë së Bayes. Për shembull, kur dëgjojmë dikë të flasë, truri ynë nuk limitohet së marri informacione, madje parashikon se çfarë do të dëgjojë tjetër dhe modifikon në mënyrë konstante parashikimet e tij në bazë të informacioneve që do të marrë në vazhdim. Kjo influencon thellësisht në atë se çfarë dëgjojmë dhe na lejon t‘u japim kuptim edhe fragmenteve të bisedave ku nuk jemi përqendruar plotësisht. Kapaciteti për të bërë parashikime dhe për t‘i rifreskuar ato duket si një karakteristikë universale e trurit, që vlerëson në vazhdimësi informacionet dhe i krahason me parashikimet e tij të brendshme për të krijuar një kuptim. Gjithsesi, ligji i Bayes nuk është një rregull i përgjithshëm, por më së shumti është një kompleksitet metodash që bashkëveprojnë dhe përdorin teorinë e probabilitetit, si për shembull kuptimi i fjalëve, njohja e objekteve ose tingujve. Por askush nuk ka arritur deri më tani t‘i unifikojë këto teori dhe as të shpjegojë përse turi funksionon kështu. Por këtu futen në lojë kërkimet e Friston, që në vitet nëntëdhjetë punonte bashkë me Hinton në Universitetin e Londrës. Në atë kohë Hinton kishte filluar të eksploronte konceptin "energji e lirë", që aplikohej në rrjetet nervore artificiale. Një model që vjen nga termodinamika dhe nga mekanika statike, ku tregon sasinë e energjisë së vlefshme të një sistemi, si për shembull një makineri me avull, që është e barabartë pak a shumë me diferencën ndërmjet energjisë totale të prodhuar dhe energjisë "së panevojshme". Hinton kishte kuptuar se energjia e lirë ishte ekuivalenti matematikor i diçkaje që e njihte mirë: diferenca ndërmjet parashikimeve të bëra nga një rrjet nervor artificial dhe perceptimet e tij reale. Ai dëshmoi se ishte e mundur të zgjidheshin disa problem më të rëndësishme që ishin shfaqur me makineritë, duke e konsideruar "gabimin në parashikim" si energji të lirë dhe e minimizoi atë. Ndërsa Friston shpenzoi shumë vjet për të kuptuar nëse mund të aplikohej i njëjti koncept në funksionimin e trurit. Filloi të kuptonte se përditësimi konstant i llogaritjeve të mundësive mund të shprehej edhe në terma të minimizimit të energjisë së lirë. Në vitin 2005 sugjeroi idenë se një "princip i energjisë së lirë" do të shpjegonte të paktën perceptimin e shqisave. Le të marrim një shembull kur shohim diçka me bisht të syrit. Në fillim nuk kuptojmë qartë se çfarë është, ose për të përdorur terminologjinë e Friston kuptojmë se është një hapësirë gabimi ndërmjet asaj që truri parashikon dhe asaj që percepton. Për të zvogëluar këtë hapësirë gabimi, Friston mendoi se truri ka dy alternativa: të ndryshojë parashikimin e tij, ose të ndryshojë mënyrën me të cilën mbledh të dhënat nga ambienti përreth. Nëse zgjedh të dytën, do ta kthejmë kokën instinktivisht për ta vendosur objektin në qendër të fushëpamjes tonë. Kjo është një mënyrë për të pakësuar sa më shumë mundësinë për t‘u vënë në befasi. Ndërsa nga këndvështrimi matematikor, energjia e lirë është gjithmonë superiore ndaj befasisë. Pra, nëse mund ta pakësojmë në minimum, do të jemi në gjendje të evitojmë përballje tepër të shpërqendruara me botën e jashtme. Në ato kohëra, Friston zhvilloi principin e energjisë së lirë për të shpjeguar perceptimin, por tani mendon se kjo mund të shtrihet edhe në tipe të tjera procesesh cerebrale. Sipas tij, në fakt, sot çdo veprim i trurit ka tendencën për të minimizuar energjinë e lirë, ose gabimin e parashikimit: në brendësi të tij do të ndryshojnë të gjitha ato që mund të eliminojnë gabimet e parashikimeve, që nga aktivizimi i neuroneve, deri te lidhjet e tyre, nga lëvizjet e syve e deri te vendimet e marra në jetën e përditshme. Marrim si shembull elasticitetin e neuroneve, që si ide tashmë është pranuar nga shumë shkencëtarë se, duke fituar eksperiencë, truri modifikon rrugët e tij të brendshme dhe gjithashtu lidhjet e tij. Kjo teori, e propozuar në vitet 1940 nga psikologu kanadez Donald Heb, konsiderohet si mekanizmi me bazë në të kuptuarin dhe memorien. Principi i Frinston e shpjegon këtë proces duke përshkruar neuronet se si ndërveprojnë me njëri-tjetrin kur përballen me një stimul të ri. Neuroni A "parashikon" se neuroni B do të reagojë ndaj stimulit në një mënyrë të caktuar. Dhe nëse parashikimi është i gabuar, neuroni A do të modifikojë forcën e lidhjes së tij me neuronin B, për të pakësuar hapësirën e gabimit. Praktikisht, truri do të modifikojë parashikimet e tij të brendshme, deri sa ta pakësojë gabimin në minimum dhe rezultati është krijimi i një arsyetimi ose magazinimi i një kujtimi. Në teori, gjithçka shkon mirë, por si do të dimë nëse truri real funksionon pikërisht kështu? Për t‘iu përgjigjur kësaj pyetjeje, Friston dhe të tjerë kërkues janë përqendruar në koren e kokës, shtresa prej tre milimetrash që formon sipërfaqen e jashtme të trurit. Ajo është qendra e funksioneve "të larta", si të njohurit, të kuptuarit, perceptimi dhe të folurit. Ka një anatomi precize, një hierarki shtresash me neurone, ku çdokush prej tyre është i lidhur me neuronet e niveleve të tjera. Friston ka krijuar një simulim kompjuterik të kores së kokës me shtresa neuronesh, që marrin dhe transmetojnë sinjale: ato që shkojnë nga nivelet më të larta drejt niveleve më të ulëta përfaqësojnë parashikimet e brendshme të trurit, ndërsa ato që shkojnë në sensin e kundërt përfaqësojnë perceptimet sensoriale. Kur vjen një informacion, neuronet e nivelit të lartë rregullojnë parashikimet e tyre në bazë të teorisë së Bayes. Mund të duket si një simulim abstrakt, por ka një qëllim konkret: kjo i lejon shkencëtarët të kuptojnë se cilat skema duhet të kërkojnë në trurin njerëzor. Në vitin 2007, ekipi kërkimor përdori imazhe të marra nga rezonancat magnetike për të ekzaminuar se çfarë ndodh kur sytë tanë janë duke parë. Vullnetarët shikonin dy seri pikash në lëvizje, të cilat ndonjëherë lëviznin në sinkroni dhe disa herë në mënyrë më të çrregullt. Skema e këtij aktiviteti korrespondonte mjaft mirë me modelin e Friston dhe kështu u vërtetua hipoteza se sinjalet që shkojnë nga lart poshtë vlejnë për të korrigjuar ndjeshëm gabimet e parashikimeve. Madje është vërtetuar se e njëjta gjë vlen edhe për sinjalet akustike. Por disa të tjerë nuk besojnë se principi i "energjisë së lirë" është i vlefshëm. Gjithsesi, ka shumë për t‘u punuar, por deri më tani puna e Friston është ajo më shpresëdhënësja. Do të duhet kohë për të vlerësuar punën e tij, por deri më tani ajo mbetet hipoteza më e rëndësishme. Pjesa më e madhe e modeleve të tjera është tepër e limituar, duke marrë në konsideratë vetëm një aspekt të funksionimit të trurit. Ndërsa ai i Friston i afrohet më shumë një teorie të përgjithshme, asaj çfarë të gjithë shkencëtarët duan të formulojnë.