https://frosthead.com

Možgani sprejemajo odločitve, kako Alan Turing razpokane kode

Kljub dogodkom, prikazanim v filmu Imitation, Alan Turing ni izumil stroja, ki je med drugo svetovno vojno pokvaril nemške kode. Toda sijajni matematik si je izmislil nekaj, kar v filmu nikoli ni omenjeno: matematično orodje za presojo zanesljivosti informacij. Njegovo orodje je pospešilo delo dešifriranja kodiranih sporočil z uporabo izboljšanih različic poljskih strojev.

Sorodne vsebine

  • Polnočna prigriznost je slaba za vaše možgane
  • Golobovi možgani delujejo tako kot naši
  • Ali sprejemate boljše odločitve, ko ste lačni?

Zdaj so raziskovalci, ki preučujejo opice rezus, ugotovili, da možgani to matematično orodje uporabljajo tudi ne za dekodiranje sporočil, temveč za združevanje nezanesljivih dokazov za sprejemanje preprostih odločitev. Za neznanstvenika univerze Columbia Michaela Shadlena in njegovo ekipo ugotovitev podpira širšo idejo, da se vse odločitve, ki jih sprejmemo - tudi na videz neracionalne - lahko razgradijo na racionalne statične operacije. "Menimo, da so možgani v osnovi racionalni, " pravi Shadlen.

Izumljen leta 1918 je nemški stroj Enigma ustvaril nadomestni šifer, tako da je v sporočilo zamenjal izvirne črke za nove, ki so se zdele kot čista gneva. Da bi šifro bolj zakomplicirali, je imela naprava v sebi vrtljive diske, ki so se vrteli vsakič, ko je bila tipka pritisnjena, s spreminjanjem kodiranja z vsakim pritiskom tipke. Postopek je bil tako zapleten, da so lahko Nemci celo s pomočjo naprave Enigma razvozlali sporočilo, če poznajo začetne nastavitve teh šifrirnih številk.

Enigma Nemški stroj Enigma, sovražnik kodekatorjev druge svetovne vojne. (Knjižnica sprehajalcev zgodovine človeške domišljije)

Turing je ustvaril algoritem, ki je zmanjšal število možnih nastavitev, ki so jih morali britanski stroji za dešifriranje, imenovani bombe, testirati vsak dan. Delajoč v tajnem objektu Bletchley Park v Veliki Britaniji, je Turning spoznal, da je mogoče ugotoviti, ali iz strojev z rotorji, ki se zaganjajo v enake položaje, prihajata dve sporočili - ključni podatek za ugotovitev teh položajev. Razvrstite dve kodirani sporočili, eno nad drugo, in možnost, da bosta obe črki enaki, je nekoliko večja, če sta obe sporočili prišli iz naprav z enakimi začetnimi nastavitvami. To je zato, ker so v nemščini, tako kot v angleščini, nekatere črke pogostejše, postopek šifriranja pa je ohranil ta vzorec.

Turingov algoritem je v bistvu sešteval verjetnosti uporabnosti teh namigov. Navedlo je tudi, kdaj so kumulativne kvote dovolj dobre, da bodisi sprejmejo ali zavrnejo, da obe sporočili, ki ju primerjamo, izhajata iz strojev z enakim stanjem rotorja. To statistično orodje, imenovano test zaporednega razmerja verjetnosti, se je izkazalo za optimalno rešitev problema. Prihranili smo čas, tako da so omogočili razbijalcem kod Bletchley, da se odločijo, ali sta dve sporočili uporabni, medtem ko sta pregledali čim manjše število črk. Turning ni bil edini matematik, ki je delal na skrivaj, da je prišel do te ideje. Abraham Wald na univerzi Columbia ga je leta 1943 uporabil, da je ugotovil, koliko bomb je ameriška vojna mornarica potrebovala, da bi bili prepričani, da serija streliva ni pokvarjena, preden jo je odposlala.

Zdaj je Shadlen ugotovil, da bi ljudje in druge živali lahko uporabili podobno strategijo, da bi dobili smiselne negotove informacije. Obravnavanje negotovosti je pomembno, saj le malo odločitev temelji na popolnoma zanesljivih dokazih. Predstavljajte si, da ponoči v dežju vozite po vijugasti ulici. Izbrati morate, ali želite kolo obrniti levo ali desno. Toda koliko lahko zaupate šibkim zadnjim lučam avtomobila neznane razdalje naprej, temni drevesni črti s svojo zmedeno obliko ali komaj vidnimi markerji voznega pasu? Kako sestavite te podatke, da ostanejo na cesti?

Opice v Shadlenovem laboratoriju so se soočale s podobno težko odločitvijo. Videli so dve piki, prikazani na računalniškem monitorju, in poskušali osvojiti priboljšek, tako da so izbrali pravo. Oblike, ki so utripale na zaslonu ena za drugo, so namignile na odgovor. Ko se je na primer pojavil simbol Pac-Man, je bila leva pika verjetno, vendar ne zagotovo pravilen odgovor. Nasprotno je pentagon favoriziral pravo piko. Igra se je končala, ko se je opica odločila, da je videla dovolj oblik, da lahko ugiba, tako da je obrnila pogled proti eni izmed pik.

Človeški možgani Bočna intraparietalna skorja, del možganov, izmerjen v tej raziskavi, najdemo v parietalnem reženju. (Podatki iz Nacionalnega inštituta za staranje / Nacionalni inštituti za zdravje)

Obstaja veliko strategij, ki bi jih lahko uporabili za izbiro pravilne pike. Opica je lahko pozorna na samo najboljše namige in ignorirala ostale. Lahko pa se preprosto odločimo po določenem času, ne glede na to, kako določena opica je bila glede dokazov, ki jih je videla do tega trenutka.

Dejansko se je zgodilo kopičenje informacij v možganih, saj je žival ocenila zanesljivost vsake oblike in jih dodala do tekočega števila. Shadlen je spremljal to kopičenje tako, da je neboleče vstavil elektrode v možgane opic. Nakljuki z veliko verjetnostjo so sprožili velike preskoke v možganski aktivnosti, šibkejši namizi pa so prinesli manjše preskoke. Zdi se, da so bile odločitve sprejete, ko dejavnost v prid levi ali desni prestopi določen prag - podobno kot rezultati algoritma Turing.

"Ugotovili smo, da možgani sprejemajo odločitev na način, ki bi bil namenjen zbiranju statistik, " pravi Shadlen, katere ekipa bo rezultate objavila v prihodnji številki revije Neuron.

Jan Drugowitsch, nevroznanstvenik v parku Ecole Normale Supérieure v Parizu, se strinja. "To je zelo močan primer, da možgani resnično poskušajo slediti začrtani strategiji, " pravi. Toda ali se lahko bolj zapletene odločitve, na primer kam na fakulteto ali koga poročiti, omejijo na preproste statistične strategije?

"Ne vemo, da so izzivi, s katerimi se soočajo možgani pri reševanju velikih vprašanj, popolnoma enaki izzivom pri preprostejših odločitvah, " pravi Joshua Gold, nevroznanstvenik z Medicinske šole Univerze v Pensilvaniji. "Trenutno je čista domneva, da mehanizmi, ki jih preučujemo v laboratoriju, vplivajo na odločitve na višji ravni."

Možgani sprejemajo odločitve, kako Alan Turing razpokane kode