Дослідники вивчили мікропроцесор приставки Atari 2600 за допомогою методів нейробіології. Результати виявилися сумними.
Вчені Каліфорнійського університету в Берклі (University of California, Berkeley) і Північно-Західного університету (Northwestern University) запустили на старій ігровій консолі Atari 2600 кілька популярних відеоігор і проаналізували її роботу за допомогою методів сучасної нейробіології - все для того, щоб з'ясувати, чи може наука в нинішньому стані зрозуміти мозок. Виявилося, що у випадку з машиною цей підхід не дуже ефективний - і вчені сумніваються, що на мозку він працює краще. Результати дослідження опубліковані в журналі PLOS Computational Biology.
Вважається, що нейробіологи поки не розібралися в роботі мозку тому, що їм не вистачає інформації. Що якщо зібрати великі і складні масиви даних і проаналізувати їх за допомогою просунутих алгоритмів, ми нарешті проникнемо в таємниці природи. Таких баз даних поки не існує, але навіть якщо б існували, ми не могли б дізнатися, наскільки інформація, отримана за допомогою алгоритмів, відповідає дійсності. Чи такі «відкриття» не відведуть далі від правди? Вчені вирішили перевірити це на прикладі «модельного організму» - системи, створеної самою людиною, вивченої вздовж і поперек. Вони спробували дослідити роботу мікропроцесора приставки Atari 2600 за допомогою методів нейробіології - точніше, їх «машинних» аналогів.
"Оскільки люди розробили цей процесор з нуля, зробили для нього і транзистори, і програмне забезпечення, ми знаємо, як він працює на всіх рівнях, і у нас є уявлення про те, що означає" зрозуміти систему ", - говорить Ерік Джонас (Eric Jonas), один з авторів дослідження. - Наша мета - звернути увагу на деякі прогалини в розумінні, які виникають, коли сучасні аналітичні методи застосовують до великих масивів даних обчислювальних систем ".
До того, як перейти до опису експерименту, вчені пояснюють, що таке «розуміння» з точки зору нейробіології. По-перше, важливо знати, як система працює на рівні обчислень: які проблеми вона прагне вирішити, як вона виконує ці завдання алгоритмічно і які процеси використовує. По-друге, необхідно розібратися, яким чином система реалізує алгоритми на фізичному рівні. «Зрештою, - пишуть дослідники, - ми хочемо зрозуміти роботу мозку на всіх цих рівнях». У випадку з мікропроцесором розуміння можна висловити питанням «Як елементи схеми дають початок обчисленням?» «Клітини-транзистори» різних типів.
Насамперед дослідники вивчили «коннектом» мікропроцесора за допомогою оптичної мікроскопії. Потім за допомогою технологій комп'ютерного зору виявили металеві та кремнієві ділянки, щоб розпізнати транзистори. Таким чином їм вдалося отримати досить точний опис вузлів і зв'язків між ними. Потім вони застосували алгоритм, який картує розташування різних типів клітин і з його допомогою визначили, як розташовані в просторі транзистори різних видів. Після цього вчені створили цифрову модель мікропроцесора, симуляцію, в якій враховувалося напруга на кожному з'єднанні і стан кожного транзистора. І на цій симуляції почали запускати ігри.
Нейробіологи використовували метод «абляцій» - він полягає в тому, що вчені видаляють частину мозку і спостерігають за змінами, до яких призводить така операція. Вони запускали на моделі одну з ігор - «Donkey Kong», «Space Invaders» або «Pitfall» - а потім порушували роботу одного з транзисторів і перевіряли, чи зможе Atari завантажити її. Вилучення частини компонентів призводило до того, що певні ігри не працювали - немов у ігор є «свої» унікальні транзистори. «Навіть незважаючи на те, що ми можемо видалити кожен окремий транзистор, ми не наближаємося до розуміння того, як процесор працює насправді», - зазначають дослідники. Таке «відкриття» може заплутати: воно нічого не говорить про роль транзистора в цілому і стосується тільки однієї гри. Якби стало можливим ізолювати одну-єдину функцію складної «поведінки», яка симулює гра, «абляція» мікропроцесора могла б дати корисну інформацію. Та ж проблема існує в нейробіології: знайти поведінку, яка зачіпала б тільки одну область мозку вкрай складно, а то й зовсім неможливо.
Крім того, вчені проаналізували активність транзисторів, як окремо, так і одночасно, провели процедуру, аналогічну фМРТ головного мозку і застосували «метод причинності по Гренджеру» (тест Гренджера на причинність), який у нейробіології використовують для дослідження ЕЕГ. Після всіх цих складних маніпуляцій вони дійшли висновку про те, що результати, отримані таким шляхом, далекі від розуміння роботи мікропроцесора. Джонас попереджає, що «без ретельного осмислення, сучасні підходи до аналізу великих масивів даних у нейробіології можуть не виправдати очікувань». Його колега і співавтор Конрад Кордінг (Konrad Kording) додає: «Для того щоб рухати прогрес вперед, нам потрібні нові експерименти, теорії та підходи до аналізу даних». Звичайно, мозок суттєво відрізняється від процесора, але автори вважають, що провал експерименту не можна списати тільки на ці відмінності. «Зрештою, мозок теж складається з безлічі модулів, які можуть змінювати свої вхідні та вихідні властивості», - пишуть вони. «У нас мало підстав вважати, що будь-який з використаних нами методів буде для мозку більш ефективний, ніж для процесора», - заявляють вчені.