On Intelligence: How a New Understanding of the Brain will Lead to the Creation of Truly Intelligent Machines is a book by Palm Pilot-inventor Jeff Hawkins with New York Times science writer Sandra Blakeslee. The book explains Hawkins‘ memory-prediction framework theory of the brain and describes some of its consequences. (Times Books: 2004, ISBN 0805074562)
Hawkins nastiňuje knihu následovně
První kapitola je stručnou historií Hawkinsova zájmu o neurovědu postaveného vedle historie výzkumu umělé inteligence. Hawkins používá příběh o své neúspěšné přihlášce na Massachusettský technologický institut, aby ilustroval střet myšlenek. Hawkins věřil (a zdánlivě stále věří), že vytvoření skutečné umělé inteligence bude možné pouze s intelektuálním pokrokem v disciplíně neurovědy. Hawkins píše, že vědecký establishment (jak symbolizuje Massachusettský institut) historicky odmítal význam neurovědy pro umělou inteligenci. Někteří výzkumníci umělé inteligence se skutečně „pyšní ignorováním neurobiologie“ (str. 12).
Hawkins je vzděláním elektroinženýr a svou náklonností neurovědec. Pro formulaci svého rámce použil koncepty elektrotechniky i studie neurovědy. Hawkins zejména považuje šíření nervových impulsů v našem nervovém systému za kódovací problém, konkrétně za budoucí předpovídací stavový stroj, v principu podobný stavovým strojům pro korekci chyb.
Hawkinsova základní myšlenka je, že mozek je mechanismus k předpovídání budoucnosti, konkrétně předpovídá vzpomínky. Možná ne vždy daleko v budoucnosti, ale dost daleko na to, aby byl pro organismus skutečně užitečný. Jako takový je mozek krmným strojem hierarchického stavu se zvláštními vlastnostmi, které mu umožňují učit se.
Stavový stroj ve skutečnosti řídí chování organismu. Vzhledem k tomu, že se jedná o stavový stroj, organismus reaguje na budoucí události předpovězené z minulých dat.
Hierarchie je hierarchie abstrakce. To znamená, že vyšší úrovně stavového stroje předpovídají budoucnost v delším časovém měřítku nebo v širším rozsahu dat. Nižší úrovně interpretují nebo ovládají omezené oblasti zkušeností nebo senzorické či efektorové systémy. Spoje ze stavů vyšších úrovní predisponují některé vybrané přechody ve stavových strojích nižších úrovní.
Hebbovské učení je součástí rámce, ve kterém událost učení fyzicky mění neurony a spojení, jak učení probíhá.
Vernon Mountcastle formuluje kortikální sloupec je základním prvkem v rámci. Hawkins klade zvláštní důraz na roli propojení z peer sloupců, a aktivace sloupců jako celku. Silně naznačuje, že sloupec je mozková kůra fyzická reprezentace stavu ve stavovém stroji.
Jako inženýr jakékoli konkrétní selhání při hledání přirozeného výskytu nějakého procesu v jeho rámci nesignalizuje chybu v paměťovém predikčním rámci jako takovém, ale pouze signalizuje, že přirozený proces provedl Hawkinsovu funkční dekompozici jiným, neočekávaným způsobem, protože Hawkinsovou motivací je vytvoření inteligentních strojů. Například pro účely jeho rámce mohou být nervové impulzy brány tak, aby vytvořily časovou posloupnost (ale fázové kódování by mohlo být možnou implementací takové posloupnosti; tyto detaily jsou pro rámec nepodstatné).
Predikce teorie paměťově-predikčního rámce
Jeho predikce používají vizuální systém jako prototyp pro některé příkladové predikce, například Predikce 2, 8, 10 a 11. Jiné predikce citují sluchový systém ( Predikce 1, 3, 4 a 7).
Zvýšená nervová aktivita v očekávání smyslové příhody
1. Ve všech oblastech mozkové kůry Hawkins předpovídá, že bychom měli najít anticipační buňky, buňky, které hoří v očekávání senzorické události.
Spaciálně specifická predikce
2. V primární smyslové kůře Hawkins například předpovídá, že bychom měli najít anticipační buňky ve V1 nebo v jeho blízkosti, na přesném místě ve vizuálním poli (scéně). Bylo experimentálně stanoveno, například po zmapování úhlové polohy některých objektů ve vizuálním poli bude existovat jedna ku jedné shoda buněk ve scéně s úhlovou polohou těchto objektů. Hawkins předpovídá, že když jsou v paměti známy rysy vizuální scény, anticipační buňky by měly vystřelit dříve, než jsou ve scéně spatřeny skutečné objekty.
Predikce by se měla přestat šířit v kortikálním sloupci ve vrstvách 2 a 3
3. Ve vrstvách 2 a 3 by se prediktivní aktivita (nervový výboj) měla přestat šířit na specifické buňky, což odpovídá specifické predikci. Hawkins nevylučuje anticipační buňky ve vrstvách 4 a 5.
„Názvové buňky“ ve vrstvách 2 a 3 by se měly přednostně připojit k vrstvě 6 buněk mozkové kůry
4. Naučené sekvence výpalů zahrnují reprezentaci časově konstantních invariantů. Hawkins nazývá buňky, které v této sekvenci střílejí, jako „pojmenované buňky“. Hawkins naznačuje, že tyto pojmenované buňky jsou ve vrstvě 2, která fyzicky sousedí s vrstvou 1. Hawkins nevylučuje existenci buněk vrstvy 3 s dendrity ve vrstvě 1, které by mohly fungovat jako pojmenované buňky.
„Názvové buňky“ by měly během naučené sekvence zůstat zapnuté
5. Podle definice bude během naučené sekvence aktivní časově konstantní invariant. Hawkins předpokládá, že tyto buňky zůstanou aktivní po dobu naučené sekvence, i když se zbytek kortikálního sloupce posouvá. Protože neznáme kódování sekvence, neznáme ještě definici ON nebo active; Hawkins naznačuje, že ON vzor může být stejně jednoduchý jako simultánní AND (tj. pojmenované buňky se současně „rozsvítí“) přes pole pojmenovaných buněk.
„Výjimka buňky“ by měly zůstat OFF během naučené sekvence
6. Hawkinsova nová předpověď říká, že určité buňky jsou během naučené sekvence inhibovány. Třída buněk ve vrstvách 2 a 3 by NEMĚLA během naučené sekvence střílet, axony těchto „výjimečných buněk“ by měly střílet pouze v případě, že místní předpověď selhává. To zabraňuje zaplavení mozku obvyklými vjemy a ponechává pouze výjimky pro následné zpracování.
„Výjimečné buňky“ by měly šířit neočekávané události
7. Dojde-li k neobvyklé události (naučená sekvence selže), měly by se vznítit „buňky vyjímky“ a šířit kortikální hierarchii až do hipokampu, úložiště nových vzpomínek.
„Aha! buňky“ by měly spustit prediktivní aktivitu
8. Hawkins předpovídá kaskádu předpovědí, kdy dojde k rozpoznání, které se šíří směrem dolů po sloupci (například s každou sakádou oka nad naučenou scénou).
Pyramidové buňky by měly detekovat náhody synaptické aktivity na tenkých dendritech
9. Pyramidové buňky by měly být schopny detekovat náhodné události na tenkých dendritech, dokonce i pro neuron s tisíci synapsí. Hawkins předpokládá časové okno (předpokládající časově zakódovanou střelbu), které je nezbytné pro to, aby jeho teorie zůstala životaschopná.
Naučené reprezentace se posouvají po kortikální hierarchii, s tréninkem
10. Hawkins například předpokládá, že pokud se inferotemporální (IT) vrstva naučila sekvenci, že posléze se ji naučí i buňky ve V4.
„Názvové buňky“ existují ve všech oblastech mozkové kůry
11. Hawkins předpovídá, že „Name cells“ budou nalezeny ve všech oblastech mozkové kůry.