David Marr: Ainstein iz neuroznanosti

Studija slučaja o nevidljivoj ruci teorije u biologiji

Ne David Marr. Izvor: http://silverbased.org/2008/01/

Vaš izazov: imenovati znanstvenika iz 20. stoljeća. "Pa, Einstein, očito. Ime mu je u naslovu ”.

Smart-ass. Što je s još jednim? "U redu: Feynman".

Više? Označite sve što je primjenjivo: "Schrodinger" (nisu voljeli mačke) "Heisenberg" (nesigurno gdje je i koliko brzo ide) "Dirac" (tetka stvar) "Hawking" (Kotači)

"Što je s onim Higgsovim momkom?" Hvala, zaboravio sam na njega.

Što sve to ima zajedničko? Bijeli, muški, većinom mrtvi (kao što su Higgs i Hawking nisu mrtvi; nije Princess Bride smisao: nećemo oživjeti Dirac lijepljenjem čokoladu obloženu kuglu niz vrat. Ne: sve što sada možemo je prolaze kroz džepove i traže laku promjenu). (Volio film? Čitati knjigu; prekrasno je. Čitati knjigu? Gledati Stardust; plemeniti pokušaj snimanja iste odrasle bajke estetike).

Gdje smo bili? Ah da: Bijeli, muški, uglavnom mrtvi. I teorijski fizičar. Svaki pojedinačni.

Moderni lament u nauci glasi: "Gdje su Einsteini?" Što otprilike znači: "gdje su usamljeni genijalci koji revolucioniraju istraživanja?" Upravo smo upoznali odgovor. Usamljeni genijalci koji revolucioniraju istraživanja svi su teoretičari. Ali nijedno drugo polje osim fizike ne uzima teoriju kao temelj njegovog istraživanja. Dakle, nijedno drugo polje ne prepoznaje svoje usamljene genije - svi su naši Einsteini izgubljeni.

Neuroznanost je imala jednog, koji je plamtio snažno, ali sve prekratko. Njegovo tijelo rada je spuštanje vilice. Nikad ga nisam upoznala, a nikad niste čuli za njega.

Bio je David Marr.

Napravimo Einstein popis. Čudesna postignuća u brzom nasljeđivanju u mladoj dobi? Ček. U tri godine Marr je objavio tri izvanredna autorska rada, o računalnim modelima cerebeluma (1969), korteksa (1970) i ​​hipokampusa (1971). Svaki je predložio revolucionarnu teoriju: taj je mozak naučio ispravljati motoričke pogreške; da korteks može djelovati kao uređaj za učenje opće namjene; taj hipokampus može djelovati kao privremena pohrana događaja i prisjetiti ih se čak i ako neke informacije nedostaju. Sve ove teorije našle su se u samim temeljima istraživanja ovih regija mozga, čak i ako trenutni praktičari nemaju pojma odakle dolaze.

Te je radove objavio u dobi između 24 i 26 godina (Pisanje ovog djela ne čini mi ništa za samopoštovanje, to ću vam sada reći).

Premješten na rad na velikom problemu terena? Ček. Nakon tih radova, Marr se okrenuo radu na viziji. "Viđenje" ostatku svijeta. Vizija je Goljas koji najbolje potvrđuje neuroznanost. Djelomično zato što je to naše primarno čulo, pa ga nalazimo u sebi fascinantno. I dijelom prozaično, jer je područje korteksa do kojeg prvi put dolaze signali iz oka. Napisao je niz seminarskih, utjecajnih radova. Njegov rad kulminirao je velikom knjigom koja je jednostavno nazvana "Vizija".

Promijenio čitavo polje istraživanja? Ček. Prava ostavština Marra uspostavljala je način razmišljanja za čitava područja računske i teorijske neuroznanosti. Mozak je smiješno kompliciran stroj. Možemo se samo nadati da ćemo uzorkovati iz malog djelića njegove aktivnosti, u malom djeliću mozga, tijekom malog djelića svih stvari koje će mozak ikada raditi. Uprkos ovom beznadežnom neusklađivanju naših podataka i stvarnosti, Marr je predložio da je jedini smisao podataka o mozgu razbijanje bilo kojeg problema s mozgom na tri razine: Računanje; Algoritam; Implementacija.

Ili: problem koji se rješava; koraci za njegovo rješavanje; i strojevima koji zapravo sve to rade.

Primjer: Želim kolač. (Postoje slučajevi kad ne želim kolač. U tim vremenima, želim kolače). Računalni problem: napravite tortu. Algoritam: recept. Provedba: ja, kuhar, koristeći zdjelu, žlicu, nož i plinsku pećnicu; ili mikser; ili električna pećnica; ili lopaticom; ili….

Marrov ključni uvid bio je da svaka razina, sama po sebi, nije od velike koristi. Za svaki zadani računski problem mogu se razlikovati algoritmi za rješavanje tog problema. Ako želim tortu od spužve, postoji mnogo različitih recepata. Zauzvrat, za dati algoritam postoji mnogo mogućih implementacija. Mogu koristiti različite alate za izradu bilo kojeg recepta, ručne miješalice ili miksere, žlice ili lopatice, ili sve to ukuhati u procesor za hranu i napraviti šalicu čaja. (Oni koji su gledali finale Great British Bake-Off-a 2016 mogu se prisjetiti tehničkog izazova: napravite Victoria Sandwich. Recept je rekao, samo, "napravite Victoria Sandwich". Evo i, ostanite neograničeni, svaki natjecatelj koristio je različit set alate za pravljenje istog kolača.)

(The Great British Bake-Off je najistaknutiji britanski TV doživljaj. Mnogo ljudi u šatoru s marketama, natjecateljski peče kolače i pije čaj kako bi smirio živce. Ogromna publika melodizira, gubeći svoj genteelski ambijent. To i činjenica da je tijekom prvog finala, 2011. godine, jedan izrezani hitac koji je padao preko travnjaka namjerno zumirao na golemu skrotumu vjeverice. [Upozorenje: sadrži sliku goleme skrotum vjeverice])

Marr je rekla da moramo obratiti pažnju na sve tri razine. Svaka razina ograničava ostale. Ako je problem s računanjem "napravi kolač", tada ne tražim recept za kasiku. Ili kupite neke cigle. Ako je recept kolač, ja ga ne koristim cementnom miješalicom. (Pa, mogao bih, ali neki su se žalili na stanje kuhinje nakon toga).

Ali jednako je važno i ono što je Marr naglasio, da ako pokušamo razumjeti samo jednu razinu, bez razmišljanja o drugima, beznadno smo izgubljeni.

Zamislite ako ste snimili moju izvedbu kolača, ali niste znali da radim tortu. Tada možete gledati sate žičane sličice s motivom štapa kako se krećem. Povremeno jedna moja ruka hvata predmet, a druga se ručno ljuti iznad nje. Što to znači? Pretvaram se da sam helikopter? Imam li napadaj? Samo gledanjem u implementaciju, bez ikakve ideje o algoritmu ili čak i računarskog problema, razumijevanje onoga što radim je gotovo nemoguće.

Slično tome, ako pogledam riješiti računski problem mozga - poput "kako se odlučimo" - bez razmišljanja o algoritmu i njegovoj implementaciji od strane neurona, tada ću potrošiti puno svog vremena na rješenja koja su doslovno nemoguća za mozak.

Ta je greška koju je Marr utvrdio, gledanje jedne razine mozga bez razmišljanja o drugima, pravljena iznova i iznova. To nas košta bogatstva u izgubljenom novcu za istraživanje.

Marrova ostavština živi zahvaljujući grupi istraživača koji su surađivali s njim ili crtali izravno na njegov utjecaj. Upravo je objavljena nova knjiga koja će obilježiti 70. rođendan. Marr je umro u 1980. godini od leukemije. Sljedeće godine navršim 40 godina. Bilo bi nevjerojatno da bilo koji moj dosadašnji rad završi na 100. mjestu utjecaja koliko i Marr.

"Postoje li drugi teoretičari neuroznanosti na ovoj izuzetnoj razini?" Da. Na primjer, Warren McCulloch, Walter Pitts, Wilfrid Rall.

"Who?" Točno.

(Za pristupačnu raspravu o Marrovom radu o hipokampusu, njegovom kontekstu i nasljeđu, pročitajte dragi članak Willshawa, Dayana i Morrisa).

Želite više? Pratite nas na The Spike

Twitter: @markdhumphries