Smegenys kaip grafinis variklis

Kodėl mums neverta iki galo pasitikėti savo smegenimis

Dabartinė „Unreal Engine“ versija yra labai didelė programinės įrangos sistema, kurią per 25 metus sukūrė tūkstančiai skirtingų kūrėjų, todėl vienam žmogui iš esmės neįmanoma jos visiškai suprasti. „Suprasti“, reiškia gebėjimą sukurti išsamų mentalinį modelį, kaip veikia kiekvienas modulis ir kaip jie visi sąveikauja tarpusavyje. Žmogaus smegenys yra panašios, bet daug sudėtingesnės. Nors mokslininkai gerai supranta kai kurias smegenų dalis, visa sistema yra pernelyg sudėtinga, kad galėtume ją suprasti iki galo.

Kaip ir sudėtingą kompiuterio programinę įrangą, žmogaus smegenis galima analizuoti kaip skirtingų kognityvinių modulių, kurie atlieka skirtingas užduotis, rinkinį. Kai kurie iš šių modulių yra realizuoti specifinėje žemo lygio techninėje įrangoje, kuri panaši į daugelio kitų gyvūnų. Kiti moduliai, pavyzdžiui, regos apdorojimas, įgyvendinami specializuotose smegenų žievės srityse, kurios laikui bėgant išsivystė, kad galėtų apdoroti sudėtingą matematiką. Atrodo, kad aukščiausio lygio moduliai įgyvendinami bendro pobūdžio srityse, pavyzdžiui, priekinėje skiltyje, kur tiksli jų vieta ir konfigūracija kiekvienam žmogui yra skirtinga (dėl to juos sunku analizuoti smegenų skenavimo priemonėmis). Neuromokslininkai dabar gerai supranta, kaip paprastesni smegenų moduliai veikia biologiniu lygmeniu, tačiau šie metodai nepadeda suprasti, kaip veikia aukšto lygio moduliai, nes jie yra pernelyg sudėtingi ir kintantys. Kaip funkcionuoja visos smegenys geriau aiškina kognityvinė ir evoliucinė psichologija.

„Unreal Engine“ yra realaus laiko programinės įrangos sistema, o tai reiškia, kad ji turi veikti per tam tikrą laiką. Realiojo laiko (RL) programinę įrangą galima apytiksliai suskirstyti į dvi kategorijas: „Tvirta RT“ ir „Švelni RT“. Tvirtos RL sistemos naudojamos tokioms taikomosioms programoms kaip automobilių varikliai, kai patikimumas yra labai svarbus, o problemos yra sudėtingos, bet gerai apibrėžtos. Ši programinė įranga sukurta taip, kad ją būtų galima išsamiai dokumentuoti, tikrinti ir suprasti, todėl tokio tipo programavimu dažnai užsiima kompiuterių arba elektros inžinieriai. Kita vertus, minkštosios RL sistemos skirtos situacijoms, kurios yra pernelyg sudėtingos ir nenuspėjamos, kad jas būtų galima tobulai išspręsti per nustatytą laiką, todėl joms reikia naudoti optimizavimą ir euristiką, kad būtų rasti pakankamai geri sprendimai nuolat kintančiomis sąlygomis. Šiuolaikiniai žaidimų varikliai ir žmogaus smegenys yra minkštosios RL sistemos, ir tai turi įdomių pasekmių žmogaus psichologijai.

Žaidimų kūrėjai gali to ir nesuvokti, tačiau daugelį vaizdo žaidimų sistemų galima aprašyti naudojant valdymo teorijos sąvokas, kurios iš pradžių buvo sukurtos mechaninėms grįžtamuoju ryšiu valdomoms sistemoms. Daugelis žmogaus smegenų dalių taip pat gali būti suprantamos taikant valdymo teoriją, ypač žemesnio lygio nervų sistemos, susijusios su suvokimu ir judėjimu. Istoriškai dauguma bandymų sukurti dirbtinį intelektą nebuvo pagrįsti valdymo teorija ir realaus laiko grįžtamojo ryšio sistemomis, ir tai yra viena iš priežasčių, kodėl per pastaruosius 50 metų logika grindžiamas dirbtinis intelektas išgyveno burbulų ir stagnacijos ciklus. Tai ėmė keistis dėl pastarojo meto generatyvinio dirbtinio intelekto pažangos, tačiau tokioms sistemoms, kaip ChatGPT, nereikia apdoroti realaus laiko grįžtamojo ryšio. Kadangi vaizdo žaidimų varikliai sukurti taip, kad galėtų apdoroti realaus laiko interaktyvųjį grįžtamąjį ryšį, žaidimų varikliai veikia panašiau į žmogaus smegenis. Neatsitiktinai šiuolaikiniam dirbtiniam intelektui naudojama techninė įranga yra pagrįsta GPU technologija, kuri iš pradžių buvo sukurta vaizdo žaidimams.

Ankstyvieji vaizdo žaidimai buvo „Tvirtos RL“ sistemos, nes reikėjo greitai ir nuosekliai paleisti paprastą kodą, kad atitiktų griežtus CRT standartų, tokių kaip NTSC, laiko reikalavimus. Detalės apie tai yra įdomios, todėl man patinka žiūrėti tokius kanalus, kaip „DisplacedGamers“, kuriuose nagrinėjama, kaip tai veikė tokiose sistemose kaip NES. Kai kurios žaidimų variklių dalys vis dar veikia su sunkiais laiko apribojimais, tačiau žaidimai dažniausiai tapo „Švelniosioms RL“ sistemomis sukūrus 3D variklius (pvz., originalųjį „Unreal“). Vietoj to, kad viskas vyktų fiksuotu kadrų dažniu, dauguma žaidimų dabar atnaujina realybės modeliavimą pagal tai, kiek realaus laiko praėjo nuo paskutinio kadro. Didelis kadrų dažnis vis dar yra svarbus, nes leidžia pasiekti mažą įvesties vėlavimą ir sklandesnį vaizdą geresniuose vaizduokliuose, todėl, norint neatsilikti nuo realybės, reikia imtis greitesnių priemonių.

Vienas paprasčiausių būdų, kaip žaidimų varikliai ir smegenys susidoroja su realaus laiko apribojimais, yra naudoti fizikos modelius, kurie yra veiksmingi įprastose situacijose, bet gali sutrikti neįprastose situacijose. Štai kodėl vaizdo žaidimų objektai dažnai elgiasi labai keistai, kai juda per greitai arba nutolsta per toli.

Neseniai atlikti tyrimai parodė, kad smegenys stebėtinai panašiai modeliuoja tikrovės fiziką, kuri yra optimizuota pagal kasdienio gyvenimo reikalavimus. Be to, daugumą garsių optinių iliuzijų sukelia apskritai naudingos suvokimo euristikos, kurios konkrečiose situacijose suveikia. Neatsitiktinai tiek smegenys, tiek vaizdo žaidimai keistose situacijose yra linkę generuoti klaidinančius vizualinius artefaktus, nes tie artefaktai atsiranda, kai mažos fizikinio modeliavimo klaidos sąveikaudamos sukuria didesnes.

Smegenys taip pat naudoja daugybę laiko taupymo euristikų kognityviniu ir koncepciniu lygmeniu, kurios sukuria įvairių formų kognityvinį šališkumą. Pavyzdžiui, iš tikrųjų labai sunku nustatyti, ar du suvokiamus objektus reikėtų laikyti „tuo pačiu dalyku“, todėl žmonėms prireikia daugelio mėnesių po gimimo, kad išsiugdytų veiksmingą objektų pastovumo pojūtį. Jei bandytume kiekvieną naujai suvokiamą objektą laikyti visiškai unikaliu, svarbių dalykų aplinkoje stebėjimas pareikalautų pernelyg daug duomenų apdorojimo galios ir atminties. Su amžiumi išmokstame, kokie panašumai yra svarbūs prognozuojant būsimą elgesį, o kokie nesvarbūs, tačiau šio proceso neįmanoma atlikti tobulai. Vietoj to laikui bėgant turime išmokti euristikos, kurią deriname su samprotavimais, kad suprastume objektų ir žmonių elgesį.

Vienas iš būdų padidinti žaidimo kadrų dažnį – vienu metu apdoroti kelis dalykus keliomis gijomis (veikiančiomis skirtinguose procesoriuose). Šiuolaikiniame 3D variklyje kodas, kuris tvarko žaidimo elgseną ir logiką, veikia tuo pačiu metu kaip ir kodas, kuris kuria (renderina) vaizdus žaidėjui. Kadangi atvaizdavimo kodas turi naudoti informaciją apie padėtį ir būseną, sukurtą modeliuojant žaidimą, jis dažnai keliomis milisekundėmis „atsilieka“ nuo žaidimo kodo. Tai dar sudėtingiau dėl garso apdorojimo ir įvesties apdorojimo, tačiau svarbiausia yra tai, kad skirtingos žaidimo variklio dalys vienu metu tvarko skirtingus „laiko taškus“. Variklis reguliariai šokinėja tarp skirtingų modeliavimo laiko rėmų, todėl galima sakyti, kad programinė įranga „keliauja laiku“.

Kompiuterio operacijos atliekamos tam tikrais dažniais, kurie leidžia palaikyti ryšį visoje sistemoje, ir žmogaus smegenys veikia panašiai. Žemo lygio sistemų, pavyzdžiui, regimojo suvokimo, laikas yra susijęs su šviesos ir elektros fizika, o tada informacija yra užkoduota signaluose (pavyzdžiui, alfa bangose), kurie skleidžiami tam tikrais dažniais, kad būtų galima bendrauti su nutolusiomis smegenų dalimis. Tačiau smegenų skaičiavimų laikas yra labiau kintantis nei kompiuterio, nes jie pagrįsti sudėtingais neuronų procesais, o ne fiksuotu kristaliniu osciliatoriumi. Vietoj vieno fiksuoto kadrų dažnio skirtingi smegenų procesai vyksta labai skirtingais dažniais ir smegenys turi kažkaip sinchronizuoti savo operacijas.

Kadangi skirtingi smegenų procesai vyksta labai skirtingu greičiu, o signalams keliauti po smegenis reikia nemažai laiko, nėra nuoseklaus apibrėžimo, kas yra „dabartinis laikas“ smegenyse. Vietoj to mūsų sąmoningas laiko supratimas yra iliuzija, kurią sukuria naratyvą kuriančios smegenų dalys, bandančios suprasti, kas vyksta. Psichologiniai laiko suvokimo iliuzijų tyrimai rodo, kaip smegenys sujungia įvykius iš skirtingų laiko rėmų, kad sukurtų nuoseklų sąmonės srautą. Eksperimentų metu gana lengva manipuliuoti įvykiais ir įtikinti žmones, kad tam tikrą elgesį „sukėlė“ tai, kas iš tikrųjų realybėje įvyko daug vėliau. Žmonių laiko suvokimas tampa dar mažiau tikslus ilgesniuose atminties laiko tarpsniuose, nes netreniruoti žmonės prastai įvertina laiko tėkmę. Žaidimų varikliams ir žmogaus smegenims laikas visada yra iliuzija.

Kai kuriuose žaidimuose vienu metu reikia imituoti kelias galimas žaidimo pasaulio versijas. Tai dažniausiai naudojama tinklo prognozavimui daugelio žaidėjų žaidimuose, nes tinklo ryšio delsa yra daug didesnė nei vietinės žaidėjų sąveikos delsa. Daugelio žaidėjų žaidimuose kiekvienas tinklo žaidėjas gyvena šiek tiek kitokioje tikrovės versijoje, pagrįstoje veiksmais, kurie dar nebuvo išsiųsti per tinklą. Žaidimo variklis turi nuspėti, ką daro nutolę žaidėjai, kad vietinis žaidėjas galėtų išlaikyti vienos bendros realybės iliuziją. Kai pagaliau gaunama nutolusio žaidėjo informacija, žaidimo varikliui reikia sujungti šių kelių realybių informaciją ir išspręsti visus konfliktus. Yra daugybė būdų, kaip tai padaryti, tačiau visi jie turi tam tikrų kraštutinių atvejų, kai galutinis rezultatas neatitinka to, ką patyrė vienas žaidėjas. Kuriant ir įgyvendinant daugelio žaidėjų žaidimus reikia gerai išmanyti žmogaus psichologiją, nes sunku sujungti šias prieštaringas realybes taip, kad jos atrodytų teisingos.

Žmogaus smegenys taip pat turi modeliuoti ir sujungti kelias prieštaringas tikrovės versijas. Vienas iš būdų tai pamatyti – kai kalbate su kitu žmogumi. Tiesiogiai perduoti minčių nėra galimybės, todėl mūsų smegenys turi imituoti kito asmens minčių procesus realiuoju laiku, kad suprastų jo žodžius ir nuspėtų jo elgesį. Yra tam tikrų įrodymų, kad dėl šio evoliucinio poreikio modeliuoti kitų žmonių mintis pirmiausia ir atsirado žmogaus sąmonė. Procesas, kai imituojama, ką galvoja kitas žmogus, ir integruojamas su mūsų vietiniais suvokimais, yra labai panašus į tinklo prognozavimo procesą daugelio žaidėjų žaidimuose. Ne visiems puikiai sekasi toks „minčių skaitymas“, tačiau atvirai sakant, nuostabu, kad mes apskritai sugebame tai daryti.

Be to, dauguma mūsų gali kalbėtis tuo pačiu metu, kai atliekame kitus veiksmus, pavyzdžiui, vairuojame automobilį. Taip yra todėl, kad sensomotorinė smegenų dalis gali imituoti „automobilio“ realybės versiją, o socialinė smegenų dalis imituoja „pokalbio“ realybę. Šis gebėjimas turi ribas, ir aš blogiau vairuoju, kai automobilyje yra kitų žmonių. Kai galiu sutelkti dėmesį į vairavimą, vairuoju gynybiškai, modeliuodamas, kas nutiktų, jei kiti vairuotojai padarytų kokią nors kvailystę. Tačiau kai kalbu su kitu žmogumi, smegenų dalys, bandančios nuspėti, ką kiti žmonės padarys būna perkrautos ir aš dažniau suklystu. Priimdami sudėtingus sprendimus ar vertindami teiginių teisingumą turime modeliuoti kelias tikrovės versijas, tačiau to negalime daryti sapnuodami ar būdami girti. Nesugebėjimas modeliuoti ir palyginti kelių realybių iš dalies lemia, kodėl dabartinės generatyvinės dirbtinio intelekto sistemos (kurios modeliuoja tik vieną realybę) pasižymi „sapno“ savybėmis ir dažnai meluoja naudotojams.

Mokslininkai gali diskutuoti, ar fiziškai gyvename kompiuterinėje simuliacijoje, tačiau akivaizdu, kad mūsų sąmonė gyvena žmogaus smegenų programinės įrangos sukurtose tikrovės simuliacijose. Sąmoningas protas negali tiesiogiai sąveikauti su tikrove, todėl visa mūsų patirtis pagrįsta elektriniais signalais, organizuotais į sudėtingą interaktyvių realaus laiko grįžtamojo ryšio kilpų sistemą. Maža to, mes gyvename daugialypėje visatoje, nes smegenys dažnai modeliuoja ir integruoja kelias realybės versijas tuo pačiu metu. Kitaip tariant, visi gyvename masiniame daugelio žaidėjų internetiniame pasaulyje, kurį valdo žaidimo variklis – žmogaus smegenys.

Pagal Ben Zeigler