Gašper Tkačik: KAR VIDIMO, OMOGOČA INTUICIJO

od • julij 14, 2016 • Intervju, ZnanostKomentarji (1)1878

Dr. Gašper Tkačik se ukvarja z biofiziko in nevroznanostjo. Do leta 2010 je bil podoktorski raziskovalec na “University of Pennsylvania”, v letu 2011 pa je začel s profesorskim delom na novoustanovljenem mednarodnem inštitutu za znanost in tehnologijo na Dunaju (IST Austria). Doktoriral je iz fizike na Univerzi v Princetonu, diplomiral pa je v Ljubljani na področju matematične fizike. Je avtor in soavtor člankov v uglednih mednarodnih strokovnih in znanstvenih revijah.

Ena Gašperjevih najočitnejših lastnosti je, da je pri vseh dosežkih, ki so za tako mladega znanstvenika prav neverjetni, popolnoma sproščen, artikuliran in simpatičen. Uživa v podajanju jasnih odgovorov na še tako otroška vprašanja.

 …

Kaj preučujete na inštitutu za znanost in tehnologijo IST Austria blizu Dunaja?

Poskušamo razumeti, kako nevroni v očesu svetlobne signale zakodirajo v obliko, ki jo lahko po optičnem živcu hitro pošljejo možganom. Kot če bi vzel digitalno kamero in poskušal razumeti, kako je slika zapisana na digitalnem mediju. Pri očesu, ki je rezultat evolucije in ga torej niso načrtovali inženirji, težje razumemo ta mehanizem. Lahko pa ga opazujemo, eksperimentiramo in poskušamo razbrati delovanje očesnega aparata.

Kako je potekala evolucija očesa zadnjih milijon let? Kako nastane oko iz nič?

To je zelo dobro in zelo težko vprašanje. Oko je tipičen primer, ki ga navajajo kreacionisti kot argument, da evolucija ne more delovati, češ da tako kompleksen aparat ne bi mogel nastati iz nič. Toliko delčkov mora biti usklajenih v celoto, da organ deluje, da se določenemu delu neznanstvene publike zdi, da kaj takega v evolucijskem postopku, z majhnimi spremembami, ki izvirajo iz naključnih mutacij, nikoli ne bi bilo mogoče.

Če pogledaš po živalskem kraljestvu, pa vidiš cel spekter aparatov za vid, od oči, ki zaznavajo z veliko ločljivostjo, v širokem barvnem spektru, do zelo preprostih oči, ki lahko indicirajo samo, ali se organizem premika bolj ali manj proti svetlobi, in nimajo zmožnosti konstrukcije slike. Vse te vmesne stopnje obstajajo.

cartesian

Ali kakšno bitje vidi na drugačen način kot človek?

Zanimivo si je zamišljati, kako vidijo organizmi, ki naenkrat zaznavajo več barvnih kanalov. Ljudje imamo v očesu detektorje za tri valovne dolžine; najbližja analogija je – za rdeče, zeleno, modro. Kot da bi svet zaznavali skozi tri barvne filtre, možgani pa te tri komponente zlijejo v percepcijo barve. Kar nekaj organizmov med sesalci zaznava samo dve barvni komponenti. Obstajajo pa tudi morski organizmi, ki zaznavajo več kot tri, včasih celo več kot deset ločenih spektralnih komponent.

Pri muhi vid deluje spet popolnoma drugače. Mušji vizualni sistem je specializiran za izračunavanje hitrosti obračanja muhe v prostoru. Iz tega, kako hitro se premika slika sveta na očesu, ki je na muhi fiksno, muha izračunava, kako hitro se med letom vrti v kateri smeri. Nekako tako, kot sistem giroskopov v letalu pilotu med akrobatskim letom pove, kako se letalo vrti. Ali pa še bližje: tako kot pilotu to pove njegovo notranje uho, ki meri pospeške. Muha svoje lastne premike meri z vidom, in to počne izjemno hitro, v nekaj desettisočinkah sekunde. To je očitno, kadar jo hočeš počiti z roko in zbeži.

Manj vemo o tem, katere elemente (in kako) izluščijo možgani sesalcev na višjem nivoju vida, ko prispe informacija o sliki iz očesa, da tako brez truda prepoznavamo objekte, obraze itd.

Kakšno je razmerje med tem, kar zares vidimo in kar rekonstruiramo iz informacij?

Človeško oko je organizirano tako, da v vsakem trenutku nevroni v možgane pošiljajo informacije z veliko gostoto le za zelo majhen del vidnega polja. Naš občutek je, da vidimo celo sliko v zelo visoki resoluciji. Ampak to ni dejansko stanje. V resnici v visoki resoluciji vidimo samo nekaj stopinj zornega kota, periferna vizija pa ima bistveno manjšo resolucijo, ki proti obrobju še pada. Naše oko je prej kot kameri podobno svetilniku, kjer se ta točka z ostrim vidom na hitro sprehaja po vizualni sceni kot snop svetlobe iz svetilnika. Naše oči skačejo od točke do točke in skenirajo sceno. Ti premiki so na časovni skali desetinke sekunde. Na podlagi teh »fotografij« možgani nenehno sestavljajo celotno vizualno sceno, ki jo mi čutimo kot nedeljivo, konstantno in gladko, kot neke vrste »gestalt«. A vid se začne z zajemanjem informacij, kjer je v posameznem trenutku zelo majhen del slike res oster.

image031

Je to sprehajanje očesa po sceni naključno? Ali obstajajo kakšne točke, ki oko bolj privlačijo?

Ni naključno. Danes lahko v laboratoriju to naštudiramo, ljudem predvajamo slike, medtem ko gledajo v aparat, ki natančno sledi premikom očesa in izračunava, katerim točkam na sliki oko sledi. Možgani usmerjajo oko v zanimive dele scene. Če gledamo obraze, so to oči, nos, usta, kjer se naše oči tipično sprehajajo v določenem zaporedju. Zanimivi so tudi deli podobe, kjer se stikajo ali sekajo robovi ali črte. Točke visokih kontrastov. Veliko manj časa porabimo na površinah, ki so homogene.

Se te raziskave uporabljajo v marketingu?

Seveda! Danes je tehnologija za te preiskave zelo poceni. Če ne delaš teh meritev zelo natančno, stroški niso veliki. Gotovo obstajajo raziskave, kjer kažejo, katero naslovnico bi ljudje izbrali. Tudi matematični modeli, ki za dano sliko naredijo napoved, v katere točke slike bodo ljudje pogledali, če jim daš sliko z edinim navodilom, naj prosto gledajo vanjo (free viewing).

Če bi imel čudežno moč, katero sposobnost očesa bi povečal?

Sam sem po osnovni izobrazbi fizik. Najbolj fascinantno se mi zdi to, da lahko gledaš majhne stvari, ki se dogajajo hitro. Če bi lahko videl mikrosvet delcev, za katerega danes potrebujemo detektorje, če bi se to dalo videti s prostim očesom, v toliko večji resoluciji, bi bilo to super.

A ne bi bilo odbijajoče? Gledati vse te bacile?

Sploh ne. V zadnjih desetletjih imamo zmožnost videti, sicer še vedno pod mikroskopom, ampak z lastnimi očmi, bakterije in znotraj bakterije posamezne molekule, ki jih preučujemo – na primer proteine – tako, da se posamezna molekula sveti v fluorescentno zeleni barvi. Ko z lastnimi očmi gledamo te molekule, je v tem nekaj strašno prepričljivega. Bistveno bolj prepričljivo je in daje znanstvenikom bistveno več intuicije. Povsem drugače, kot če bi delal eksperiment z neko črno škatlo, ki pošlje ven digitalne podatke, ki se jih ne da interpretirati kot sliko.

uesc_02_img0095

Drži, da smo ljudje vizualna bitja?

Mislim, da je zmožnost videnja zelo pomembna. In to ni samo moje osebno mnenje. Vid je naš primarni čut. Velik del človeških možganov, okrog 20 % možganske skorje, je razvit zato, da procesira slike. Bistveno lažje razumemo zelo kompleksne strukture, če so vizualne, težje pa razumemo iste strukture, če nam jih nekdo predstavi na nevizualni način, številčno, opisno. Ne bi potrebovali intuitivnega znanja, ki ga ima vsak človek, ampak zelo dosti analitičnega, zavestno treniranega znanja, da bi iste odnose ali strukture razpoznali iz numeričnih podatkov. Še v bazični znanosti, kjer ljudje tako racionalno znanje imajo, je zmožnost videti proteine v celici z lastnim očesom pod mikroskopom pomenila velikanski napredek: znanstveniki so dodatno lahko uporabili svojo intuicijo na podlagi vizualne percepcije, da so postavili in testirali zanimive nove hipoteze. Za prispevek k znanosti, ki ga je omogočil zeleni fluorescentni protein (GFP), je bila tako leta 2008 podeljena tudi Nobelova nagrada za kemijo.

bildschirmfoto-2015-10-19-um-13-10-37

Na Dunaju, v MAK, je na ogled razstava Stefana Zagmeistra o sreči. Eden izmed eksponatov prikazuje, da ima namera za pozitivno dejanje, npr. da nagovoriš neznanca s komplimentom, za posledico dolg miselni proces, v katerem so dvomi, strahovi … Po drugi strani pa na negativen dražljaj reagiramo z lahkoto, refleksno. Kako to?

Zakaj sploh imamo možgane, zakaj razmišljamo in zakaj imamo takšne in drugačne občutke sreče in strahu, zakaj imamo racionalno mišljenje? Z evolucijskega stališča je ena interpretacija odgovora zelo preprosta; možgane in vse njihove konstrukte, misli, čustva itd., imamo samo zato, ker omogočajo predikcijo iz tega, kar se je ravnokar zgodilo, v to, kaj se bo zgodilo v naslednjem trenutku. Vse, kar se je zgodilo v preteklosti, vse te informacije o zgodovini in statusu ostalih ljudi, vse to nas zanima zgolj zaradi zmožnosti predikcije. Ena izmed zelo pomembnih predikcij je, ali je v tem trenutku kaj nevarnega – in ena glavnih okupacij možganov je ravno ta, da se poskušajo nevarnostim izogniti. Evolucija je pri primatih, posebej ljudeh, na vrhu tega osnovnega stroja, ki dela predikcijo na podlagi osnovnih čutnih dražljajev, zgradila obsežen možganski korteks, ki omogoča nove nivoje miselne abstrakcije – racionalno mišljenje, občutek za zapletene socialne situacije, jezik in tako naprej. Te konstrukcije spet omogočajo predikcije, tokrat na daljši časovni skali, da lahko ekstrapoliramo posledice svojih dejanj dlje vnaprej. Lahko predvidevaš, kakšne bodo posledice tvojih dejanj na volitvah itn. Ampak na koncu koncev še vedno tudi zato, da se lahko izogibamo nevarnostim v prihodnosti.

Zakaj pa potem na volitvah izbiramo tako, kot izbiramo?

Pogosto človeški in tudi preprostejši možgani uporabljajo hevristične metode, neke približke, ki so bili vzpostavljeni skozi evolucijo, skozi učenje, odraščanje, ki so delovali, ki dajo v večini primerov pravi rezultat. Možgani uporabljajo celo vrsto hevristik. Vendar to ne pomeni, da so to najboljše rešitve, niti da so to racionalne rešitve. Čas oz. pogoji bivanja se namreč hitro spreminjajo. Tu nastajajo zanimivi razkoraki med bazično znanostjo, sociologijo, decision makingom, ki niso samo teoretični, ampak imajo dejanske posledice.

V ekonomiji opravljajo raziskave na podlagi predpostavke, da se ljudje odločajo racionalno med n opcijami, da bodo vsakič izbrali zase najugodnejšo rešitev, kot optimalni egoistični računalniki. Sociološki eksperimenti v kontroliranih okoljih merijo, kako se ljudje odločajo, koga vzljubijo, ali bodo dali nekomu nagrado ali ne, do čisto osnovnih percepcijskih meritev, kaj v resnici vidimo, ko imamo neki stimulus.

Kakšna je objektivna slika in kaj mislimo, da vidimo, že tu se pojavlja strašno velik razkorak …

Možgani ubirajo hevristike, ki so se razvile, ko so naši predniki živeli v savani. Nekatere rešitve so izvrstne: problemi zaznave in mišične koordinacije, ki jih možgani rešujejo, da lahko brez napora, a vseeno spretno hodimo – tako danes kot pred milijoni let v savani – so tako zapleteni, da še zdaj ne znamo narediti robotov, ki bi hodili enako spretno kot povprečni človek. A v današnjem kompleksnem okolju lahko spet nekatere druge hevristike dajo neracionalen, slab rezultat.

Kako naša zavest, čustva, izkušnje in strahovi oblikujejo tisto, kar vidimo?

Dober primer je bila demonstracija, ki jo je naredila profesorica Aude Oliva z MIT: skupina 50 ljudi gleda sliko neke cestne scene s hišami, kolesarji, avti itd. Traja eno minuto, profesorica jim pove, naj dobro gledajo in na koncu povejo, kaj se je zgodilo, ne da bi dala natančnejša navodila. Po prvi predstavitvi nihče ne vidi nič spornega, morda po drugi kdo opazi, da se je tekstura fasade stavbe na eni strani slike spremenila, ko pa Aude pokaže vse spremembe, vidiš, da se je v minuti spremenilo pol slike. Ampak naša zavest tega ne opazi. Če imaš točko pogleda v tistem trenutku usmerjeno v spremembo, jo boš seveda videl, če pa tvoj fokus pogleda ni ravno v pravem trenutku usmerjen v točko spremembe, je zelo odvisno, ali jo boš opazil. Če gre za zelo nenavadno, a v naravnem svetu možno spremembo, če bi se na tej cestni sceni pojavil lev, potem se tvoja pozornost takoj usmeri tja. Če pa se te spremembe zunaj fokusa zgodijo tako, da slika ohranja elementarne prvine, recimo da se neka vertikalna tekstura zamenja z neko drugo, je ne boš opazil, čeprav bo sprememba velika.

To je dobra demonstracija iz prve roke, kako je realnost pravzaprav skonstruirana s strani možganov. Danes marketinške in medijske hiše študirajo, kakšne so te hevristike, jih uporabljajo in celo zlorabljajo izsledke za doseganje učinkov, pošiljanje želenih sporočil. Seveda so se nekaterih teh hevristik skozi pretekla stoletja dobro zavedali recimo tudi umetniki, na primer slikarji, in jih s pridom uporabljali pri svojem poslu.

Kako bo svet čez 10 let drugačen za ljudi, ki v njem živijo?

Tu bi izpostavil 2 komponenti. Genetski inženiring, povezan z ljudmi. To je po mojem veliko premalo dorečena tema. Tehnološke ovire na poti genetskega inženiringa za ljudi bodo zelo kmalu rešene. Ne vemo, kaj to pomeni, ker nimamo konsenza, kaj narediti s prihajajočimi tehnikami, ki bodo zelo močne.

Kaj bodo omogočale?

Lahko bomo reševali bolezni, ki so smrtne ali zelo hude, genetski problemi, rak, … Treba se bo vprašati, ali je genetski inženiring za ljudi popolnoma izključen, ali je izključen samo do neke mere, kje ta mera je …

Drug aspekt je diagnostika. Pridobivanje DNA posameznika za primere diagnostike se eksponentno pocenjuje. Cena pada drastično. V petih, desetih letih boš dal majhen vzorec svojega tkiva in dobil na pogled vso svojo DNK sekvenco, to bo izvedljivo za zelo malo denarja.

Vprašanje je, kdo bo s temi informacijami razpolagal.

Kako bodo kontrolirane, kaj boš ti vedel o njih, kaj bo vedel o njih tvoj delodajalec, tvoja zavarovalnica. To so dileme, ki so praktično že tukaj.

To ima velik potencial, personalised medicine – namesto, da se odločamo za posamezne terapije na podlagi statističnih indikatorjev z najboljšimi rezultati, bi se res lahko odločili, kaj je najboljša terapija za posameznika, dejansko na podlagi npr. sekvence tipa raka, ki ga pacient ima. To je že dovoljeno, samo za diagnostiko, da se najde kakšen točno je molekularen tip bolezni in lahko se predpiše določene terapije primerne prav za ta tip.

To pa dobi novo dimenzijo, ko je diagnostiko možno naredit v 10 minutah za ceno 10 dolarjev. Na tej točki niso to neke specifilne diagnostike ampak bi lahko za vse vrste bolezni v 10 min dobil dnk sekvenco bolezni in od tam naprej pogledaš vse indikatorje te bolezni itd.

To lahko vodi do hitrih in velikih sprememb v družbi.

Druga sprememba je povezana z umetno inteligenco. Machine learning je bila vroča tema 70. in 80.  let, v zadnjih 10 letih pa s se zgodili veliki premiki. Ne znamo narediti inteligentnega zavestnega bitja, znamo pa naredit sisteme, ki so primerljivo dobri ali boljši od ljudi v primerih, kjer smo tradicionalno mislili, da smo ljudje boljši. Tipičen primer je vizualno prepoznavanje. Umetna inteligenca je vedno imela problem s tem, da bi računalnik prepoznaval predmete, ločeval obraze ali celo znal napisati kratek povzetek o tem, kaj je na sliki. Danes so to sistemi, ki delujejo. Večinoma sicer v akademskih laboratorijih ali zaprtih sistemih kot so google ali FB, ampak že imajo performance, ki je boljši kot človeški in seveda bistveno hitrejši, ampak na masovni skali.

Ti imaš odprt Facebook profil?

Imam.

Kako gledaš na moč korporacij, kot sta FB ali Google?

Zadržano. Večinoma se ljudje ne zavedajo, koliko podatkov se da mehansko ekstrahirati iz tega, kar objaviš na FB, ali že samo iz tega, kaj iščeš na Googlu. Ljudje si morda lahko predstavljajo, da te podatke lahko neka oseba s trudom izlušči in shranjuje. Večina pa si ne predstavlja, kaj pomeni, ko imaš vse te podatke za milijardo ljudi in jih znaš mehansko ekstrahirati. Za vsakega človeka narediš prediktivni model, kaj se mu bo »zaluštalo« kupiti naslednji mesec. Problem je v tem, da lahko FB s tem tudi vpliva na tvoje potrebe, mišljenje, želje, s tem da te dejansko nadzira, usmerja.

image043

Kako lahko nadzira mišljenje?

Google lahko modificira rezultate iskanj na podlagi tvojih prejšnjih iskanj. Če misliš, da boš dobil neodvisno, racionalno selekcijo na podlagi svojega iskanja, se motiš, kar dobiš, so že zelo modificirani rezultati na podlagi predpostavk Googla, kaj misli, da si želiš videti.

Od tod je le korak do tega, da neka korporacija pokaže, kar misli, da bi moral videti. Torej kustomizirana verzija informacij, realnosti. Kustomizirana zato, da korporacija tebi predstavi sliko, za katero mislijo, da je najboljša zanje. Oni vplivajo na sliko, ki jo ti vidiš, s tem, kar ti pokažejo.

Podobno kot možgani naredijo s sliko, ki jim jo posreduje oko.

Tako je! S to razliko, da možgani to delajo na podlagi evolucijsko zbranih izkušenj, kaj je zate najbolje. Optimizirajo tvojo možnost preživetja. Ne bi mogli reči, da Google počne isto stvar.

Statistiki bi rekli, da nimaš unbiased sampla. Imaš biased sample. Nimaš naključnega vpogleda v to, kaj se dogaja zunaj. Možgani imajo končno možnost percepcije, kaj se dogaja. Eno je, če pogledaš ven in rečeš, ne vidim vsega, vidim pa manjše koščke. Kdo je izbral tiste koščke, na podlagi katerih sestaviš sliko? Digitalne konstrukcije ne bodo nikoli očitne. Glavni pomislek ni to, da Google ve, kdaj imaš rojstni dan … Pomislek je to, če pol sveta uporablja Google in Google rahlo modificira rezultate iskanja 3 milijard ljudi. Ni treba, da so te modifikacije velike, dovolj je, da gre za zelo rahle modifikacije v to ali drugo smer, a ker je skupna masa odločitev na podlagi teh modificiranih informacij velika, bo učinek, mogoče ekonomski, ogromen. A to so procesi, ki jih kot posameznik težko nadziraš ali se jih sploh zaveš, zate, za posameznika, je sprememba majhna in težko bi bilo pokazati na to, kaj se pravzaprav dogaja.

Kako dolgo bodo živeli ljudje v prihodnosti?

Napredki so konsistentni, a majhni. Telesa niso narejena za poljubno dolgo življenjsko dobo. Bistvenega podaljška na zahodnem svetu v kratkem ne bo. Ni očitno, da bi bilo to, da predolgo visimo naokrog, res dobro za kogarkoli.

Pogovarjala se je: Nina Granda

Intervju je bil objavljen v 4. številki revije Outsider (Fantazija, december 2015)

Sorodne vsebine

One Response to Gašper Tkačik: KAR VIDIMO, OMOGOČA INTUICIJO

  1. […] Gašper Tkačik: KAR VIDIMO, OMOGOČA INTUICIJO […]

Komentarji