Patronen en leren: hoe simulaties van het brein uitkomst moeten brengen

Ray Kurzweil, Amerikaans uitvinder en futurist, trad in 2012 in dienst van Google als engineering director. Hij is de man achter de ontwikkeling van articificiële intelligentie (AI) wat ondermeer geleid heeft tot het bekende dyslexieprogramma Kurzweil 3000 en Siri, de spraakherkenning op uw iPhone, die nog alleen Engels begrijpt maar toch. Spraakherkenning verder ontwikkelen is een deel van zijn opdracht bij veelvraat Google. Maar er is meer. Vorig jaar verscheen de Nederlandse vertaling van zijn How to create a mind. The secret of human thought revealed. Een fascinerend boek waarin hij zijn ideeën over de werking van het menselijk brein en intelligentie uiteenzet. Stippen op de horizon zijn het namaken van het brein en de versterking van onze intelligentie. Behalve Google is ook de EU het pad ingeslagen naar simulatie van het menselijk brein. Het Human Brain Project moet over 10 jaar het menselijk brein volledig kunnen simuleren. De EU pompt er maar liefst 1 miljard euro in. Obama bleef niet achter en startte vorig het BRAIN Initiative met een relatief bescheiden 81 miljoen euro op de begroting. Onderzoekers verwachten zo te ontdekken wat er gebeurt als we denken of een hersenaandoening krijgen én leren zou ik eraan toe willen voegen. Kortom, het brein is hot.

Patroonherkenningstheorie

Kurzweils theorie over de werking van het brein komt kortweg op het volgende neer. In onze neocortex zijn naar schatting 300 miljoen patroonherkenners actief die hiërarchisch geschakeld staan. Hij vergelijkt ze met webpagina’s. Webpagina’s (patronen) voor woorden met een A bijvoorbeeld bevatten links naar de ondergelegen webpagina (patroon) ‘A’. Deze webpagina bevat zelf weer links naar ondergelegen pagina’s (patronen) die samen de letter ‘A’ kunnen vormen. De neuronen vuren naar een hoger gelegen patroon zodra ze in de binnenkomende signalen hun eigen patroon voldoende herkennen. Omgekeerd geven de hogere een seintje naar de lagere patronen zodra ze genoeg overeenkomsten herkennen om een voorspelling te kunnen doen over te verwachten signalen. De informatie gaat dus heen en weer.

Anders gezegd: behalve dat we signalen herkennen doen we ook voortdurend voorspellingen over wat we gaan ervaren op basis van informatie die we al hebben, op basis dus van de waarschijnlijkheid van patronen. Denkt u maar eens aan Lingo. Het populaire tv-spelletje maakt er al sinds jaar en dag gebruik van. Sterker nog: het is erop gebaseerd.

Ander voorbeeld: een klassieker uit de handboeken psychologie is deze afbeelding. Welk patroon is bij u het actiefst: de vaas of de gezichten?

Dit mechanisme zou kunnen verklaren waarom we vooral zien wat we verwachten te zien en ook waarom we signalen negeren die niet bij onze verwachtingen passen (zonodig maken we ze passend). Ook daar zijn boekenkasten over vol geschreven.

Dat het soms met voorspellen mis kan gaan, dat het af en toe knarst in de cortex, bewijst de moeite die velen van ons hebben met woorden als ‘betovergrootmoeder’, ‘bedelen’, ‘valkuil ‘ of ‘bommelding’. Klassiekers. Laten we de theorie van Kurzweil eens proberen op het woord ‘bommelding’. Om welk patroon gaat het nu: bom-melding of bommel-ding? Het ‘plaatje’ zou er bijvoorbeeld zo uit kunnen zien waarbij het even duurt voordat de juiste ‘links’ zijn gevolgd:

Soms knarst het in de cortex. Het duurt even voordat de juiste links gevolgd zijn.

Leren

Onze neocortex is volgens Kurzweil bij onze geboorte tamelijk leeg. Heel veel patroonherkenners moeten nog toegewezen worden aan patronen en tussen de patroonherkenners onderling moeten verbindingen worden gelegd. Dat is nou leren, zegt Kurzweil en van doorslaggevend belang voor de menselijke intelligentie. Leren doen we volgens hem op basis van ervaringen. Zodra we een patroon hebben geleerd, beginnen we het te herkennen. ‘Je ziet ’t pas als je ’t doorhebt’, zoals Johan Cruijff het zo treffend zegt. Een nieuw patroon zal overigens meestal behalve nieuwe elementen ook links naar al aangelegde patronen bevatten. Wel zo economisch anders zouden we ook al bekende informatie telkens opnieuw blijven opslaan. Dat zou verklaren waarom aanhaken bij en activeren van voorkennis zo belangrijk is voor een succesvol leerproces. Nieuwe patronen laten zich eenvoudiger in het geheugen verankeren als we ze kunnen linken aan al bestaande patronen dan wanneer ze nog vrijwel op zichzelf staan. Hoe meer links hoe beter. Iedere docent zal dat beamen (en veel leerlingen waarschijnlijk ook). Een zekere hoeveelheid herhaling is natuurlijk voordelig zolang ze de herinnering veelzijdiger maakt en zo steviger verankert in het geheugen, d.w.z. de herinnering kan via verschillende webpagina’s gevonden worden. Dat onderstreept maar weer eens het grote belang van variatie in werkvormen. Ook dat zal ieder docent beamen. Maar het verklaart ook waarom we routinematige handelingen niet (lang) onthouden en de tijd sneller lijkt te gaan naar mate we ouder worden: er worden gewoonweg minder nieuwe herinneringen opgeslagen omdat het brein over voldoende varianten beschikt. Er was met andere woorden te weinig nieuws onder de zon. Zou daar de grond voor de uitdrukking drill-and-kill liggen?