Are Insect Brains the Secret to Great AI? | Frances S. Chance | TED

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Nadia Tira

Creating intelligence on a computer.

Criar a inteligência num computador

This has been the Holy Grail for artificial intelligence

tem sido o Santo Graal da Inteligência Artificial.

for quite some time.

durante bastante tempo.

But how do we get there?

Mas como chegamos lá?

So we view ourselves as highly intelligent beings.

Consideramo-nos como seres extremamente inteligentes.

So it's logical to study our own brains,

Por isso é lógico estudar o nosso cérebro,

the substrate of our cognition, for creating artificial intelligence.

o substrato da nossa cognição, para criarmos a inteligência artificial.

Imagine if we could replicate how our own brains work on a computer.

Imaginem se pudéssemos reproduzir num computador

a forma como o nosso cérebro funciona.

But now consider the journey that would be required.

Mas pensem também no percurso que seria necessário.

The human brain contains 86 billion neurons.

O cérebro humano contém 86 mil milhões de neurónios.

Each is constantly communicating with thousands of others,

Cada um está em comunicação permanente com milhares de outros

and each has individual characteristics of its own.

e cada um tem características individuais próprias.

Capturing the human brain on a computer

Captar o cérebro humano num computador

may simply be too big and too complex a problem

pode ser um problema demasiado grande e complexo

to tackle with the technology and the knowledge that we have today.

para resolver com a tecnologia e os conhecimentos que temos hoje.

I believe that we can capture a brain on a computer,

Creio que podemos captar um cérebro num computador,

but we have to start smaller.

mas temos de começar por uma coisa mais pequena.

Much smaller.

Muito mais pequena.

These insects have three of the most fascinating brains in the world to me.

Estes insetos têm três dos cérebros mais fascinantes do mundo.

While they do not possess human-level intelligence,

Embora não possuam uma inteligência de nível humano,

each is remarkable at a particular task.

cada um deles é espantoso numa determinada tarefa.

Think of them as highly trained specialists.

Pensem neles como especialistas altamente treinados.

African dung beetles are really good at rolling large balls in straight lines.

Os escaravelhos sagrados africanos são excelentes

a empurrar grandes bolas de excremento numa linha reta.

(Laughter)

(Risos)

Now, if you've ever made a snowman,

Quem já fez um boneco de neve,

you know that rolling a large ball is not easy.

sabe que empurrar uma bola grande não é nada fácil.

Agora imaginem tentar fazer esse boneco de neve

Now picture trying to make that snowman

when the ball of snow is as big as you are

quando a bola de neve seja do vosso tamanho

and you're standing on your head.

e vocês estejam a fazer o pino.

(Laughter)

(Risos)

Sahara desert ants are navigation specialists.

As formigas do deserto do Saara são especialistas em navegação.

They might have to wander a considerable distance to forage for food.

Podem ter de percorrer uma distância considerável

à procura de alimento.

But once they do find sustenance,

Mas, logo que encontram sustento,

they know how to calculate the straightest path home.

sabem como calcular o caminho mais direto para casa.

And the dragonfly is a hunting specialist.

E a libelinha é especialista na caça.

In the wild, dragonflies capture approximately 95 percent

Na Natureza, a libelinha apanha

cerca de 95% das presas que persegue.

of the prey they choose to go after.

These insects are so good at their specialties

Estes insetos são tão bons nas suas especialidades

that neuroscientists such as myself study them as model systems

que os neurocientistas como eu os estudam como sistemas modelos

to understand how animal nervous systems solve particular problems.

para perceberem como os sistemas nervosos dos animais

resolvem problemas específicos.

And in my own research, I study brains to bring these solutions,

Na minha investigação, estudo cérebros para arranjar as melhores soluções

the best that biology has to offer, to computers.

que a biologia tem para oferecer aos computadores.

So consider the dragonfly brain.

Observem o cérebro da libelinha.

It has only on the order of one million neurons.

Só tem cerca de um milhão de neurónios.

Now, it's still not easy to unravel a circuit of even one million neurons.

Mesmo assim, não é fácil desvendar um circuito de um milhão de neurónios.

But given the choice

Mas, dada a opção

between trying to tease apart the one-million-neuron brain

entre tentar destrinçar um cérebro com um milhão de neurónios

versus the 86-billion-neuron brain,

ou um cérebro com 86 mil milhões de neurónios,

which would you choose to try first?

qual acham que escolheriam primeiro?

(Laughter)

(Risos)

When studying these smaller insect brains,

Quando estudamos estes cérebros mais pequenos dos insetos,

the immediate goal is not human intelligence.

o objetivo imediato não é a inteligência humana.

We study these brains for what the insects do well.

Estudamos estes cérebros naquilo que os insetos fazem bem.

And in the case of the dragonfly, that's interception.

No caso da libelinha é a interceção.

So when dragonflies are hunting,

Quando as libelinhas estão a caçar,

they do more than just fly straight at the prey.

fazem mais do que voar diretamente sobre a presa.

Voam de uma forma tal que vão intercetá-la.

They fly in such a way that they will intercept it.

They aim for where the prey is going to be.

Dirigem-se para onde a presa está a ir.

Much like a soccer player, running to intercept a pass.

Como um jogador de futebol, a correr para intercetar um passe.

To do this correctly,

Para fazer isso corretamente,

dragonflies need to perform what is known as a coordinate transformation,

as libelinhas precisam de executar

aquilo a que se chama transformação coordenada,

going from the eye’s frame of reference, or what the dragonfly sees,

vão da moldura dos olhos de referência, ou seja, aquilo que a libelinha vê,

to the body's frame of reference,

para a moldura do corpo de referência,

or how the dragonfly needs to turn its body to intercept.

ou seja, como a libelinha precisa de virar o corpo para intercetar.

As transformações coordenadas são um cálculo básico

Coordinate transformations are a basic calculation

that animals need to perform to interact with the world.

que os animais têm de fazer para interagir com o mundo.

We do them instinctively every time we reach for something.

Fazemo-lo instintivamente sempre que agarramos em qualquer coisa.

Quando eu agarro num objeto mesmo à minha frente,

When I reach for an object straight in front of me,

my arm takes a very different trajectory than if I turn my head,

o meu braço faz uma trajetória diferente do que, se eu virar a cabeça,

look at that same object when it is off to one side

olhar para esse mesmo objeto quando ele está mais distante

and reach for it there.

e o agarrar.

In both cases, my eyes see the same image of that object,

Nos dois casos, os meus olhos veem a mesma imagem desse objeto,

but my brain is sending my arm on a very different trajectory

mas o meu cérebro está a enviar o meu braço numa trajetória diferente

based on the position of my neck.

com base na posição do meu pescoço.

And dragonflies are fast.

As libelinhas são rápidas.

This means they calculate fast.

Isso significa que calculam rapidamente.

The latency, or the time it takes for a dragonfly to respond

A latência, ou seja o tempo que uma libelinha demora a reagir

once it sees the prey turn,

depois de ver a presa virar.

is about 50 milliseconds.

é de cerca de 50 milissegundos.

This latency is remarkable.

A latência é espantosa.

For one thing, it's only half the time of a human eye blink.

Por um lado, é metade do tempo de um piscar de olhos humano.

E, por outro,

But for another thing,

it suggests that dragonflies capture how to intercept

sugere que as libelinhas percebem como intercetar

in only relatively or surprisingly few computational steps.

em passos computacionais relativa ou surpreendentemente poucos.

So in the brain,

No cérebro

a computational step is a single neuron

um passo computacional é um único neurónio

or a layer of neurons working in parallel.

ou uma camada de neurónios a funcionar em paralelo.

It takes a single neuron about 10 milliseconds

Um só neurónio leva cerca de 10 milissegundos

to add up all its inputs and respond.

para receber todas essas informações e reagir.

The 50-millisecond response time

O tempo de resposta de 50 milissegundos

means that once the dragonfly sees its prey turn,

significa que, depois de a libelinha ver a presa virar,

there's only time for maybe four of these computational steps

só há tempo talvez para uns quatro desses passos computacionais

or four layers of neurons, working in sequence, one after the other,

ou para quatro camadas de neurónios,

a trabalhar em sequência, uns após os outros

to calculate how the dragonfly needs to turn.

para calcular como a libelinha precisa de virar.

In other words, if I want to study

Por outras palavras, se eu quiser estudar

how the dragonfly does coordinate transformations,

como é que a libelinha executa transformações coordenadas,

the neural circuit that I need to understand,

o circuito neural que eu preciso de perceber,

the neural circuit that I need to study,

o circuito neural que eu preciso de estudar,

can have at most four layers of neurons.

pode ter no máximo quatro camadas de neurónios.

Each layer may have many neurons,

Cada camada pode ter muitos neurónios,

but this is a small neural circuit.

mas é um circuito neural pequeno.

Small enough that we can identify it

Suficientemente pequeno para podermos identificá-lo

and study it with the tools that are available today.

e estudá-lo com os instrumentos de que dispomos hoje.

And this is what I'm trying to do.

É isso que eu estou a tentar fazer.

I have built a model of what I believe is the neural circuit

Criei um modelo do que eu penso que é o circuito neural

that calculates how the dragonfly should turn.

que calcula como a libelinha deve virar.

And here is the cool result.

E este é o resultado interessante.

In the model,

No modelo,

dragonflies do coordinate transformations in only one computational step,

as libelinhas fazem transformações coordenadas

num único passo computacional, uma camada de neurónios.

one layer of neurons.

This is something we can test and understand.

Isto é uma coisa que podemos testar e compreender.

In a computer simulation,

Numa simulação no computador

I can predict the activities of individual neurons

posso prever as atividades de neurónios individuais

while the dragonfly is hunting.

enquanto a libelinha está a caçar.

For example, here I am predicting the action potentials, or the spikes,

Por exemplo, aqui estou a prever ações potenciais, ou picos,

that are fired by one of these neurons

que são provocados por um destes neurónios

when the dragonfly sees the prey move.

quando a libelinha vê a presa a mover-se.

To test the model, my collaborators and I

Para testar o modelo, os meus colaboradores e eu

are now comparing these predicted neural responses

estamos agora a comparar essas reações neurais previstas

with responses of neurons recorded in living dragonfly brains.

com as reações dos neurónios registados no cérebro de libelinhas vivas.

These are ongoing experiments

São experiências em curso

in which we put living dragonflies in virtual reality.

em que pomos libelinhas em realidade virtual.

(Laughter)

(Risos)

Now, it's not practical to put VR goggles on a dragonfly.

Sabem, não é prático pôr óculos de realidade virtual numa libelinha.

So instead, we show movies of moving targets to the dragonfly,

Em vez disso, mostramos à libelinha filmes de alvos em movimento,

while an electrode records activity patterns of individual neurons

enquanto um elétrodo regista padrões de atividade

de neurónios individuais no cérebro.

in the brain.

Yeah, he likes the movies.

Sim, ela gosta dos filmes.

If the responses that we record in the brain

Se a resposta que registamos no cérebro

match those predicted by the model,

corresponder à prevista no modelo,

we will have identified which neurons are responsible

teremos identificado quais os neurónios responsáveis

for coordinate transformations.

pelas transformações coordenadas.

O passo seguinte será compreender a especificidade

The next step will be to understand the specifics

of how these neurons work together to do the calculation.

de como esses neurónios funcionam em conjunto para fazer o cálculo.

But this is how we begin to understand how brains do basic

Mas é assim que começamos a compreender

como o cérebro faz os cálculos básicos ou primitivos.

or primitive calculations.

Calculations that I regard as building blocks for more complex functions,

Cálculos que eu considero como os blocos constitutivos

de funções mais complexas,

not only for interception but also for cognition.

não só para a interceção mas também para a cognição.

The way that these neurons compute may be different from anything

A forma como estes neurónios calculam

pode ser diferente de tudo o que existe hoje num computador.

that exists on a computer today.

And the goal of this work is to do more than just write code

E o objetivo deste trabalho é mais do que escrever códigos

that replicates the activity patterns of neurons.

que reproduzam padrões de atividade dos neurónios.

We aim to build a computer chip

Pretendemos criar um chip de computador

that not only does the same things as biological brains

que não só faça as mesmas coisas que os cérebros biológicos

but does them in the same way as biological brains.

mas os faça da mesma forma que os cérebros biológicos.

This could lead to drones driven by computers

Isso pode levar a drones dirigidos por computadores

the same size of the dragonfly's brain

do mesmo tamanho do cérebro da libelinha

that captures some targets and avoid others.

que capturem uns alvos e evite outros.

Personally, I'm hoping for a small army of these

Pessoalmente, tenho esperança que um pequeno exército deles

to defend my backyard from mosquitoes in the summer.

defenda o meu quintal dos mosquitos este verão.

(Laughter)

(Risos)

The GPS on your phone could be replaced by a new navigation device

O GPS no vosso telemóvel pode ser substituído

por um novo aparelho de navegação

based on dung beetles or ants

baseado nos escaravelhos sagrados ou nas formigas

that could guide you to the straight or the easy path home.

que vos podem guiar para casa pelo caminho mais direto ou mais fácil

And what would the power requirements of these devices be like?

E qual será o gasto de energia de aparelhos como estes?

As small as it is --

Apesar do seu tamanho,

Or, sorry -- as large as it is,

the human brain is estimated to have the same power requirements

calcula-se que o cérebro humano gasta tanta energia

as a 20-watt light bulb.

como uma lâmpada elétrica de 29 Watts.

Imagine if all brain-inspired computers

Imaginem se todos os computadores inspirados no cérebro

had the same extremely low-power requirements.

tiverem esta exigência tão baixa em energia.

Your smartphone or your smartwatch probably needs charging every day.

O vosso smartphone ou o vosso smartwatch

provavelmente precisam de carga todos os dias.

Your new brain-inspired device might only need charging every few months,

A carga do vosso novo aparelho inspirado no cérebro

or maybe even every few years.

pode durar uns meses ou até uns anos.

The famous physicist, Richard Feynman, once said,

O famoso físico Richard Feynman disse um dia:

"What I cannot create, I do not understand."

“Só não posso criar aquilo que não compreender.”

What I see in insect nervous systems

O que eu vejo nos sistemas nervosos dos insetos

is an opportunity to understand brains

é uma oportunidade de compreender cérebros

through the creation of computers that work as brains do.

através da criação de computadores que funcionam como os cérebros.

E a criação desses computadores não serão só para o conhecimento.

And creation of these computers will not just be for knowledge.

There's potential for real impact on your devices, your vehicles,

Há potencial para um verdadeiro impacto nos nossos aparelhos, nos nossos veículos,

maybe even artificial intelligences.

talvez mesmo nas inteligências artificiais.

So next time you see an insect,

Então, a próxima vez que virem um inseto,

consider that these tiny brains can lead to remarkable computers.

considerem que aqueles pequenos cérebros

podem levar-nos a computadores fantásticos.

And think of the potential that they offer us for the future.

E pensem no potencial que nos oferecem para o futuro.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)