Daniel Wolpert: The real reason for brains

Translator: Linda Magáthová Reviewer: Peter Štrba

I'm a neuroscientist.

Som neurovedec.

And in neuroscience,

A v tejto vede

we have to deal with many difficult questions about the brain.

sa zaoberáme mnohými zložitými otázkami týkajúcimi sa mozgu.

But I want to start with the easiest question

Ja ale začnem tou najjednoduchšou otázkou,

and the question you really should have all asked yourselves at some point in your life,

ktorú si každý z vás v živote mal položiť,

because it's a fundamental question

keďže ide o zásadnú otázku,

if we want to understand brain function.

ak chceme porozumieť funkcii mozgu.

And that is, why do we and other animals

A tá otázka znie, prečo my a ďalšie živočíchy

have brains?

máme mozog?

Not all species on our planet have brains,

Niektoré živočíšne druhy na našej planéte mozog nemajú,

so if we want to know what the brain is for,

takže ak chceme zistiť, na čo mozog slúži,

let's think about why we evolved one.

premýšľajme, prečo sa nám mozog vyvinul.

Now you may reason that we have one

Bolo by pochopiteľné, že keby ste ho mali,

to perceive the world or to think,

aby ste vnímali svet alebo premýšľali,

and that's completely wrong.

ale to je veľký omyl.

If you think about this question for any length of time,

Ak o tom aspoň chvíľku premýšľate,

it's blindingly obvious why we have a brain.

bude úplne zrejmé, prečo mozog máme.

We have a brain for one reason and one reason only,

Mozog máme z jedného jediného dôvodu:

and that's to produce adaptable and complex movements.

aby sme mohli vyvíjať prispôsobivé, zložité pohyby.

There is no other reason to have a brain.

Niet iného dôvodu, prečo mať mozog.

Think about it.

Zvážte to a dáte mi zapravdu.

Movement is the only way you have

Pohyb je jediný spôsob,

of affecting the world around you.

ktorým môžete ovplyvniť svet okolo seba.

Now that's not quite true. There's one other way, and that's through sweating.

Vlastne nie tak úplne — je tu ešte potenie.

But apart from that,

Ale okrem toho sa všetko ostatné

everything else goes through contractions of muscles.

deje sťahovaním svalov.

So think about communication --

Vezmite si komunikáciu —

speech, gestures, writing, sign language --

reč, gestá, písanie, znakovú reč —

they're all mediated through contractions of your muscles.

všetko to sprostredkovávajú sťahy našich svalov.

So it's really important to remember

Takže je veľmi dôležité mať na pamäti,

that sensory, memory and cognitive processes are all important,

že zmyslové, pamäťové a kognitívne procesy sú všetky dôležité,

but they're only important

ale dôležité sú iba preto,

aby buď poháňali, alebo potláčali budúci pohyb.

to either drive or suppress future movements.

There can be no evolutionary advantage

Žiadna evolučná výhoda nemôže plynúť z toho,

to laying down memories of childhood

že ste si uchovali spomienky z detstva

or perceiving the color of a rose

alebo vnímanie farby ruže,

if it doesn't affect the way you're going to move later in life.

ak to neovplyvní váš budúci pohyb neskôr v živote.

Now for those who don't believe this argument,

Pre tých, ktorí tejto argumentácii neveria:

we have trees and grass on our planet without the brain,

máme na planéte stromy a trávy, bez mozgu,

but the clinching evidence is this animal here --

hlavným dôkazom je však tento živočích:

the humble sea squirt.

prostý plášťovec.

Rudimentary animal, has a nervous system,

Primitívny živočích, má nervový systém,

swims around in the ocean in its juvenile life.

pred dospelosťou pláva sem a tam oceánom,

And at some point of its life,

až raz nadíde chvíľa,

it implants on a rock.

keď sa usadí na kameni.

And the first thing it does in implanting on that rock, which it never leaves,

A akonáhle sa usadí na tejto skale, ktorú už nikdy neopustí,

is to digest its own brain and nervous system

strávi svoj vlastný mozog a nervy

for food.

ako potravu.

So once you don't need to move,

Takže hneď, ako sa už nepotrebujete hýbať,

you don't need the luxury of that brain.

nepotrebujete luxus, akým je mozog.

And this animal is often taken

A tento živočích často slúži

as an analogy to what happens at universities

ako analógia k premene univerzitných profesorov

when professors get tenure,

po získaní titulu -

but that's a different subject.

ale to je už o niečom inom.

(Applause)

(potlesk)

So I am a movement chauvinist.

Som teda šovinista, čo sa týka pohybu.

I believe movement is the most important function of the brain --

Verím, že je najdôležitejšou funkciou mozgu -

don't let anyone tell you that it's not true.

neverte nikomu, kto bude tvrdiť opak.

Now if movement is so important,

Takže, ak je pohyb taký dôležitý,

how well are we doing

ako sa nám darí rozumieť tomu,

understanding how the brain controls movement?

ako mozog riadi pohyb?

And the answer is we're doing extremely poorly; it's a very hard problem.

Odpoveď: mizerne, ide o zložitý problém.

But we can look at how well we're doing

Na posúdenie, ako sa nám v tejto veci darí,

by thinking about how well we're doing building machines

zamyslime sa, ako zostavujeme stroje,

which can do what humans can do.

ktoré vedia robiť to, čo ľudia.

Think about the game of chess.

Vezmite si napríklad partiu šachu.

How well are we doing determining what piece to move where?

Ako sa nám darí určovať, kam ktorú figúrku presunúť?

If you pit Garry Kasparov here, when he's not in jail,

Ak sem postavíte Garyho Kasparova - ak nie je práve vo väzení -

against IBM's Deep Blue,

proti počítaču Deep Blue od IBM,

well the answer is IBM's Deep Blue will occasionally win.

potom odpoveď znie, že Deep Blue občas vyhrá.

And I think if IBM's Deep Blue played anyone in this room, it would win every time.

A ak by hral proti komukoľvek v tejto miestnosti, vždy by vyhral.

That problem is solved.

Tento problém je vyriešený.

What about the problem

A čo tak problém spočívajúci v tom,

of picking up a chess piece,

ako zdvihnúť šachovú figúrku,

dexterously manipulating it and putting it back down on the board?

obratne s ňou zaobchádzať a položiť ju späť na šachovnicu?

If you put a five year-old child's dexterity against the best robots of today,

Ak porovnáme 5-ročné dieťa s najlepšími robotmi dneška čo do zručnosti,

the answer is simple:

výsledok je jasný:

the child wins easily.

dieťa s prehľadom vyhrá.

There's no competition at all.

Nemá žiadnu konkurenciu.

Now why is that top problem so easy

Prečo je teda ten horný problém taký jednoduchý

and the bottom problem so hard?

a ten spodný taký zložitý?

One reason is a very smart five year-old

Jedným z dôvodov je, že bystré 5-ročné dieťa

could tell you the algorithm for that top problem --

by prišlo na algoritmus k hornému problému –

look at all possible moves to the end of the game

zváži všetky možné ťahy až do konca partie

and choose the one that makes you win.

a vyberie tie, vďaka ktorým vyhrá.

So it's a very simple algorithm.

Ide o veľmi jednoduchý algoritmus.

Now of course there are other moves,

Pravdaže, možných ťahov je veľmi veľa,

but with vast computers we approximate

ale s pomocou veľkých počítačov

and come close to the optimal solution.

sa môžeme priblížiť optimálnemu riešeniu.

When it comes to being dexterous,

Pokiaľ však ide o zručnosť,

it's not even clear what the algorithm is you have to solve to be dexterous.

nie je ani jasné, aký algoritmus na to máte riešiť.

And we'll see you have to both perceive and act on the world,

A musíte vnímať a pôsobiť na svet,

which has a lot of problems.

a to prináša celý rad problémov.

But let me show you cutting-edge robotics.

Teraz vám predvediem ukážku špičkovej robotiky.

Now a lot of robotics is very impressive,

Veľká časť robotiky je veľmi pôsobivá,

but manipulation robotics is really just in the dark ages.

ale manipulačná robotika je zatiaľ v ranom stredoveku.

So this is the end of a Ph.D. project

Toto je výsledok doktorandského projektu

from one of the best robotics institutes.

z jedného z najlepších ústavov robotiky.

And the student has trained this robot

Študent naučil robota

to pour this water into a glass.

naliať vodu do pohára:

It's a hard problem because the water sloshes about, but it can do it.

zložitý problém, keďže voda špliecha, ale dokáže to.

But it doesn't do it with anything like the agility of a human.

Ale s ohybnosťou človeka to nemá mnoho spoločného.

Now if you want this robot to do a different task,

Ak by ten robot však mal vykonať inú úlohu,

that's another three-year Ph.D. program.

máte dosť práce na ďalší doktorandský program.

There is no generalization at all

Vôbec sa nám nedarí zovšeobecňovať

from one task to another in robotics.

z jednej robotickej úlohy na druhú.

Now we can compare this

Môžeme to však porovnať

to cutting-edge human performance.

so špičkovým výkonom u ľudí.

So what I'm going to show you is Emily Fox

Teraz vám ukážem Emily Fox,

winning the world record for cup stacking.

ako vytvára svetový rekord vo vŕšení téglikov.

Now the Americans in the audience will know all about cup stacking.

Američania v publiku tento šport dobre poznajú.

It's a high school sport

Ide o stredoškolskú športovú disciplínu.

where you have 12 cups you have to stack and unstack

Striedavo na seba kladiete 12 téglikov

against the clock in a prescribed order.

a to na čas a v predpísanom poradí.

And this is her getting the world record in real time.

A tu vidíme na nezrýchlených záberoch, ako vytvára svetový rekord.

(Laughter)

(smiech)

(Applause)

(potlesk)

And she's pretty happy.

A má z toho celkom radosť.

We have no idea what is going on inside her brain when she does that,

Netušíme, čo prebieha v jej mozgu, keď to robí,

and that's what we'd like to know.

a práve to by sme radi vedeli.

So in my group, what we try to do

Takže v našej skupine sa snažíme

is reverse engineer how humans control movement.

spätne zistiť, ako človek riadi pohyb.

And it sounds like an easy problem.

Znie to ako jednoduchá úloha.

You send a command down, it causes muscles to contract.

Pošlete príkaz – a svaly sa stiahnu,

Your arm or body moves,

vaša ruka alebo telo sa pohne

and you get sensory feedback from vision, from skin, from muscles and so on.

a dostanete zmyslovú spätnú väzbu – zo zraku, kože, svalstva atď.

The trouble is

Problém je v tom,

these signals are not the beautiful signals you want them to be.

že signály nie sú žiadane krásne.

So one thing that makes controlling movement difficult

Takže dôvod zložitosti riadenia pohybu je napríklad v tom,

is, for example, sensory feedback is extremely noisy.

že zmyslovú spätnú väzbu narúša šum.

Now by noise, I do not mean sound.

Pod šumom však nemyslím zvuk,

We use it in the engineering and neuroscience sense

ale význam z inžinierstva a neurovedy,

meaning a random noise corrupting a signal.

teda náhodný šum rušiaci signál.

So the old days before digital radio when you were tuning in your radio

Kedysi, pred digitalizáciou rozhlasu, keď ste si ladili stanicu,

and you heard "crrcckkk" on the station you wanted to hear,

a počuli ste „chŕŕŕ“ na hľadanej stanici,

that was the noise.

tak to bol šum.

But more generally, this noise is something that corrupts the signal.

Všeobecne je ale šum niečo, čo ruší signál.

So for example, if you put your hand under a table

Keď si napríklad dáte ruku pod stôl

and try to localize it with your other hand,

a snažíte sa ju nájsť druhou rukou,

you can be off by several centimeters

môžete ju minúť o centimetre –

due to the noise in sensory feedback.

šum ruší spätnú väzbu od zmyslov.

Similarly, when you put motor output on movement output,

Tiež, v znázornení motorických alebo pohybových výstupov je mnoho šumu.

it's extremely noisy.

Forget about trying to hit the bull's eye in darts,

Zabudnite na pokusy trafiť šípkou do čierneho,

just aim for the same spot over and over again.

len mierte na rovnaký bod stále dokola.

You have a huge spread due to movement variability.

Dostanete široké rozpätie výsledkov kvôli variabilite pohybu.

And more than that, the outside world, or task,

A naviac, vonkajší svet alebo dotyčný úkon

is both ambiguous and variable.

je nejasný a zároveň premenlivý.

The teapot could be full, it could be empty.

Kanvica môže byť plná alebo prázdna;

It changes over time.

mení sa v závislosti od času.

So we work in a whole sensory movement task soup of noise.

Fungujeme v akejsi zmyslovo-pohybovo-úkonovej zmesi šumu.

Now this noise is so great

Ten šum je však taký silný,

that society places a huge premium

že spoločnosť si veľmi vysoko cení tých z nás,

on those of us who can reduce the consequences of noise.

ktorí vedia potláčať dôsledky šumu.

So if you're lucky enough to be able to knock a small white ball

Ak máte to šťastie, že viete ťuknúť dlhou kovovou tyčou do loptičky tak,

into a hole several hundred yards away using a long metal stick,

aby spadla do diery vzdialenej niekoľko sto metrov,

our society will be willing to reward you

naša spoločnosť vás rada odmení

with hundreds of millions of dollars.

stovkami miliónov dolárov.

(smiech)

Now what I want to convince you of

Chcem vás presvedčiť,

is the brain also goes through a lot of effort

že mozog tiež vynakladá veľkú snahu,

to reduce the negative consequences

aby potlačil záporné dôsledky

of this sort of noise and variability.

takého šumu a variability.

And to do that, I'm going to tell you about a framework

Na to používa istú vzťažnú sústavu –

which is very popular in statistics and machine learning of the last 50 years

obľúbenú v štatistike a strojovej vede posledných 50 rokov –

called Bayesian decision theory.

bayesovská teória rozhodovania.

And it's more recently a unifying way

Nedávno sa stala zjednocujúcim vysvetlením toho,

to think about how the brain deals with uncertainty.

ako sa mozog vysporadúva s neurčitosťou.

And the fundamental idea is you want to make inferences and then take actions.

Jej podstata tkvie v tom, že robíme dedukcie a potom jednáme.

So let's think about the inference.

Zoberme si dedukcie.

You want to generate beliefs about the world.

Cieľom je vytvárať si predstavy o skutočnosti.

So what are beliefs?

Aké predstavy?

Beliefs could be: where are my arms in space?

Príklad: kde v priestore sú moje ruky?

Am I looking at a cat or a fox?

Dívam sa na mačku či na líšku?

But we're going to represent beliefs with probabilities.

Ale my budeme predstavy vyjadrovať pravdepodobnosťami.

So we're going to represent a belief

Predstavy teda vyjadríme

with a number between zero and one --

číslom medzi nulou a jednotkou –

zero meaning I don't believe it at all, one means I'm absolutely certain.

0 znamená „vôbec tomu neverím“, 1 „som si úplne istý“.

And numbers in between give you the gray levels of uncertainty.

A čísla medzi tým vyjadrujú sivé medzistupne neistoty.

And the key idea to Bayesian inference

Kľúčovým konceptom v bayesovskej dedukcii je,

is you have two sources of information

že máte dva zdroje informácií,

from which to make your inference.

na ktorých staviate svoju dedukciu.

You have data,

Máte údaje –

a údaje v neurovede, to sú vstupné údaje od zmyslov.

and data in neuroscience is sensory input.

So I have sensory input, which I can take in to make beliefs.

Tieto zmyslové vstupy môžem prijať – a vytvoriť predstavy.

But there's another source of information, and that's effectively prior knowledge.

Máme ale ďalší zdroj informácií, a tým je už získané poznanie.

You accumulate knowledge throughout your life in memories.

Celý svoj život hromadíte poznanie v podobe spomienok.

And the point about Bayesian decision theory

A podstatou bayeovskej teórie rozhodovania je umožniť matematicky spracovať

is it gives you the mathematics

of the optimal way to combine

optimálny spôsob, ako spojiť už získané poznanie so svedectvom zmyslov

your prior knowledge with your sensory evidence

to generate new beliefs.

a vytvárať tak nové predstavy.

And I've put the formula up there.

Ten vzorec som vám premietol.

I'm not going to explain what that formula is, but it's very beautiful.

Nebudem to vysvetľovať. Je však veľmi krásny.

And it has real beauty and real explanatory power.

Má v sebe skutočnú krásu a objasňujúcu silu.

And what it really says, and what you want to estimate,

To, čo vlastne hovorí a čo chceme odhadnúť,

is the probability of different beliefs

je pravdepodobnosť jednotlivých predstáv

given your sensory input.

na základe zo vstupných údajov od zmyslov.

So let me give you an intuitive example.

Dám vám intuitívny príklad.

Imagine you're learning to play tennis

Predstavte si, že sa učíte hrať tenis

and you want to decide where the ball is going to bounce

a chcete zistiť, kde sa odrazí loptička

as it comes over the net towards you.

letiaca k vám cez sieť.

There are two sources of information

Máme dva zdroje informácií,

Bayes' rule tells you.

ako nám hovorí Bayesovo pravidlo.

There's sensory evidence -- you can use visual information auditory information,

Máme zmyslové poznatky – môžeme využiť zrakové a sluchové údaje

and that might tell you it's going to land in that red spot.

a usúdiť tak, že loptička dopadne na to červené miesto.

But you know that your senses are not perfect,

Ale ako viete, zmysly nie sú dokonalé,

and therefore there's some variability of where it's going to land

takže čelíme variabilite, kam lopta dopadne –

shown by that cloud of red,

znázornené tou červenou škvrnou

representing numbers between 0.5 and maybe 0.1.

predstavujúcou čísla medzi 0,5 a zhruba 0,1.

Tieto informácie sú k dispozícii pri tejto rane,

That information is available in the current shot,

but there's another source of information

ale existuje iný zdroj informácií,

not available on the current shot,

ktoré tu k dispozícii nie sú,

but only available by repeated experience in the game of tennis,

a sú dostupné iba opakovaným prežitím tenisového zápasu:

and that's that the ball doesn't bounce

a to, že loptička počas stretnutia nedopadá

with equal probability over the court during the match.

s rovnakou pravdepodobnosťou po celom kurte.

If you're playing against a very good opponent,

Ak máte schopného protihráča,

they may distribute it in that green area,

môže ju umiestňovať po tej zelenej ploche,

which is the prior distribution,

predstavujúcej predchádzajúcu distribúciu,

making it hard for you to return.

kde je pre vás najťažšie ju vrátiť.

Now both these sources of information carry important information.

Oba tieto informačné zdroje poskytujú dôležité údaje.

And what Bayes' rule says

Podľa Bayesovho pravidla

is that I should multiply the numbers on the red by the numbers on the green

máme vynásobiť červené čísla zelenými,

to get the numbers of the yellow, which have the ellipses,

aby sme dostali žlté čísla, ku ktorým patria tie elipsy,

and that's my belief.

a to je potom moja predstava.

So it's the optimal way of combining information.

To je optimálny spôsob, ako spájať informácie.

Now I wouldn't tell you all this if it wasn't that a few years ago,

Nehovoril by som toto všetko, no pred niekoľkými rokmi

we showed this is exactly what people do

sme dokázali, že presne toto ľudia robia,

when they learn new movement skills.

keď sa učia novým pohybovým zručnostiam.

And what it means

A to znamená,

is we really are Bayesian inference machines.

že sme vlastne bayesovské dedukčné stroje.

As we go around, we learn about statistics of the world and lay that down,

Chodíme po svete a zaznamenávame si štatistické údaje –

but we also learn

tiež ale zisťujeme,

about how noisy our own sensory apparatus is,

koľko je v našom zmyslovom aparáte šumu –,

and then combine those

a potom ich spájame

in a real Bayesian way.

skutočne bayesovským spôsobom.

Now a key part to the Bayesian is this part of the formula.

Dôležitým prvkom bayesovského prístupu je táto časť vzorca.

And what this part really says

A tá časť znamená,

is I have to predict the probability

že musím predpovedať pravdepodobnosť

of different sensory feedbacks

rôznych údajov zmyslovej spätnej väzby,

given my beliefs.

vychádzajúc zo svojich predstáv.

So that really means I have to make predictions of the future.

Vlastne to znamená, že musím predpovedať budúcnosť.

And I want to convince you the brain does make predictions

Ja vás chcem presvedčiť, že mozog predpovedá,

of the sensory feedback it's going to get.

akú spätnú väzbu od zmyslov dostane.

And moreover, it profoundly changes your perceptions

A čo viac, zásadne mení naše vnímanie

by what you do.

podľa toho, čo robíte.

And to do that, I'll tell you

A preto vám poviem o tom,

about how the brain deals with sensory input.

ako náš mozog využíva vstupné údaje od zmyslov.

So you send a command out,

Takže, keď vyšlete príkaz,

you get sensory feedback back,

dostanete spätnú väzbu od zmyslov,

and that transformation is governed

a táto transformácia sa riadi

by the physics of your body and your sensory apparatus.

fyzikálnymi vlastnosťami vášho tela a zmyslového ústrojenstva.

But you can imagine looking inside the brain.

Môžete si ale predstaviť, že hľadíte do mozgu – a tu to je.

And here's inside the brain.

Je tam akýsi malý ukazovateľ, neurálny simulátor toho,

You might have a little predictor, a neural simulator,

of the physics of your body and your senses.

ako sa budú správať vaše telo a zmysly.

So as you send a movement command down,

Keď vyšlete príkaz k pohybu,

you tap a copy of that off

odoberiete tiež jeho kópiu,

and run it into your neural simulator

necháte ju prejsť neurálnym simulátorom,

to anticipate the sensory consequences of your actions.

aby ste predpovedali zmyslové dôsledky svojho konania.

So as I shake this ketchup bottle,

Takže kým trepem fľašou s kečupom,

I get some true sensory feedback as the function of time in the bottom row.

dostávam pravú spätnú väzbu ako funkciu času v spodnom rade.

And if I've got a good predictor, it predicts the same thing.

A ak mám dobrý simulátor, bude jeho predpoveď totožná.

Well why would I bother doing that?

Tak prečo to vôbec robím?

I'm going to get the same feedback anyway.

Aj tak dostanem rovnakú spätnú väzbu.

Well there's good reasons.

Existujú dobré dôvody.

Imagine, as I shake the ketchup bottle,

Predstavte si, že ako trepem tou fľašou,

someone very kindly comes up to me and taps it on the back for me.

niekto ochotne pristúpi a poklepe mi na dno fľaše.

Now I get an extra source of sensory information

Teraz mám ďalší zdroj zmyslových informácií

due to that external act.

kvôli tomuto vonkajšiemu pôsobeniu.

So I get two sources.

Mám teda dva zdroje:

I get you tapping on it, and I get me shaking it,

vás, ktorý na to klepete, a mňa, ktorý tým trepem.

but from my senses' point of view,

Ale z pohľadu mojich zmyslov

that is combined together into one source of information.

je to zlúčené do jediného informačného zdroja.

Now there's good reason to believe

Máme pádny dôvod k tomu sa domnievať,

that you would want to be able to distinguish external events from internal events.

že by ste chceli vedieť rozoznať vonkajšie udalosti od vnútorných.

Because external events are actually much more behaviorally relevant

To je preto, že vonkajšie udalosti majú väčší dopad na správanie

than feeling everything that's going on inside my body.

než schopnosť rozoznať všetko, čo sa deje v mojom tele.

So one way to reconstruct that

Jedným zo spôsobov, ako to zrekonštruovať,

is to compare the prediction --

je porovnať predpoveď –

which is only based on your movement commands --

ktorá vychádza len z pohybových príkazov –

with the reality.

s realitou.

Any discrepancy should hopefully be external.

Prípadná nezrovnalosť by mala byť daná – dúfajme – vonkajším vplyvom.

So as I go around the world,

Takže ako tak chodím po svete,

I'm making predictions of what I should get, subtracting them off.

predpovedám, čo by sa malo stať – a odčítavam to.

Everything left over is external to me.

A to, čo mi zostane, je voči mne vonkajšie.

What evidence is there for this?

Aké sú pre to dôkazy?

Well there's one very clear example

Existuje jeden jednoznačný príklad toho,

where a sensation generated by myself feels very different

kde môj pocit, ktorý vyvolám ja,

then if generated by another person.

sa líši od pocitu vyvolaného niekým iným.

And so we decided the most obvious place to start

Usúdili sme, že najvhodnejšie by bolo začať

was with tickling.

šteklením.

It's been known for a long time, you can't tickle yourself

Už dlho vieme, že človek sám seba nemôže štekliť

as well as other people can.

tak dobre, ako to vie niekto iný.

But it hasn't really been shown, it's because you have a neural simulator,

Ešte však nebolo dokázané, že za tým stojí neurálny simulátor,

simulating your own body

simulujúci činnosť nášho tela

and subtracting off that sense.

a odčítavajúci príslušné pocity.

So we can bring the experiments of the 21st century

My ale môžeme tieto pokusy preniesť do 21. storočia

by applying robotic technologies to this problem.

a pri riešení využiť robotické technológie.

And in effect, what we have is some sort of stick in one hand attached to a robot,

To znamená, že niekto jednou rukou drží tyčku pripojenú k robotovi –

and they're going to move that back and forward.

a tou tyčkou hýbe sem a tam.

And then we're going to track that with a computer

Tento pohyb sledujeme v počítači

and use it to control another robot,

a riadime pomocou neho druhého robota,

which is going to tickle their palm with another stick.

ktorý dotyčného šteklí na dlani inou tyčkou.

And then we're going to ask them to rate a bunch of things

Potom chceme, aby vyhodnotil rad vecí,

including ticklishness.

medzi ktorými je šteklivosť.

I'll show you just one part of our study.

Ukážem vám časť našej štúdie.

And here I've taken away the robots,

Tu už nevidíte roboty, v podstate ide len o pohyb

but basically people move with their right arm sinusoidally back and forward.

pravou rukou sem a tam po akejsi sínusoide.

And we replay that to the other hand with a time delay.

A tento pohyb vykonávame na druhú ruku, ale s oneskorením.

Either no time delay,

Buď s nulovým,

in which case light would just tickle your palm,

vtedy pravá ruka šteklí dlaň priamo,

or with a time delay of two-tenths of three-tenths of a second.

alebo s oneskorením 1/10, 2/10 alebo 3/10 sekundy.

So the important point here

Tu je dôležité pripomenúť,

is the right hand always does the same things -- sinusoidal movement.

že pravá ruka vykonáva stále to isté – sínusoidný pohyb.

The left hand always is the same and puts sinusoidal tickle.

Ľavá tiež robí stále to isté a vyvoláva sínusoidnú šteklivosť.

All we're playing with is a tempo causality.

Hráme sa len s časovou kauzalitou.

And as we go from naught to 0.1 second,

A keď oneskorenie zvyšujeme z 0 na 0,1 sekundy,

it becomes more ticklish.

šteklivosť rastie.

As you go from 0.1 to 0.2,

A keď potom oneskorenie zvyšujeme z 0,1 na 0,2 sekundy,

it becomes more ticklish at the end.

šteklivosť stále rastie.

And by 0.2 of a second,

A kým šteklivosť dosiahne 0,2 sekundy,

it's equivalently ticklish

šteklivosť je rovnaká,

to the robot that just tickled you without you doing anything.

ako keď robot šteklí bez vášho pričinenia.

So whatever is responsible for this cancellation

Čokoľvek teda zapríčiňuje ono rušenie,

is extremely tightly coupled with tempo causality.

musí to byť úzko prepojené s časovou kauzalitou.

And based on this illustration, we really convinced ourselves in the field

Táto a ďalšia štúdia nás vedcov z tohto odboru presvedčili,

that the brain's making precise predictions

že mozog vykonáva presné predpovede

and subtracting them off from the sensations.

a odčítava ich od vnemov.

Now I have to admit, these are the worst studies my lab has ever run.

Musím priznať, že išlo o najťažšie štúdie v histórii nášho laboratória.

Because the tickle sensation on the palm comes and goes,

Pretože šteklivosť dlane kolísa,

you need large numbers of subjects

potrebujete značný počet subjektov,

with these stars making them significant.

na štatisticky signifikantné výsledky.

So we were looking for a much more objective way

Takže sme hľadali omnoho objektívnejší spôsob,

to assess this phenomena.

ako vyhodnotiť tento fenomén.

And in the intervening years I had two daughters.

A medzitým sa mi narodili dve dcéry.

And one thing you notice about children in backseats of cars on long journeys,

Všimnite si, že deti, keď sedia na zadných sedadlách auta

they get into fights --

pri dlhých jazdách, začnú sa biť.

which started with one of them doing something to the other, the other retaliating.

Začína to, keď jeden urobí niečo tomu druhému, ten mu to vráti

It quickly escalates.

a situácia sa rýchlo vyhrotí.

And children tend to get into fights which escalate in terms of force.

Detské bitky sa často stupňujú svojou silou.

Now when I screamed at my children to stop,

Keď na deti zarevem, nech s tým prestanú,

sometimes they would both say to me

tak niekedy obe hovoria,

the other person hit them harder.

že tá druhá ju buchla silnejšie.

Now I happen to know my children don't lie,

No a ja náhodou viem, že moje deti neklamú,

so I thought, as a neuroscientist,

tak som si povedal – ako neurovedec –,

it was important how I could explain

že by sa zišlo vysvetliť,

how they were telling inconsistent truths.

ako si môžu ich pravdivé výroky odporovať.

And we hypothesize based on the tickling study

Zo štúdie o šteklení vznikla hypotéza,

that when one child hits another,

že ak jedno dieťa buchne druhé,

they generate the movement command.

zadá pohybový príkaz.

They predict the sensory consequences and subtract it off.

Predpovedia zmyslové následky a odčítajú ich.

So they actually think they've hit the person less hard than they have --

Takže si myslia, že druhého buchli slabšie

rather like the tickling.

podobne ako to bolo so šteklením.

Whereas the passive recipient

Hoci pasívny príjemca rany

doesn't make the prediction, feels the full blow.

nič nepredpovedá – a cíti ranu naplno.

So if they retaliate with the same force,

Ak mu ju oplatí rovnakou silou,

the first person will think it's been escalated.

bude si ten prvý myslieť, že došlo k eskalácii.

So we decided to test this in the lab.

No a tak sme sa rozhodli vyskúšať to v laboratóriu.

(Laughter)

(smiech)

Now we don't work with children, we don't work with hitting,

S deťmi nepracujeme, ani s údermi –

but the concept is identical.

ale koncept je rovnaký.

We bring in two adults. We tell them they're going to play a game.

Privedieme dvoch dospelých a povieme im, že si zahrajú hru.

And so here's player one and player two sitting opposite to each other.

Tu je hráč 1 a hráč 2, sedia oproti sebe.

And the game is very simple.

Hra je veľmi jednoduchá.

We started with a motor

Začali sme s motorom,

with a little lever, a little force transfuser.

s malou páčkou – malým zosilňovačom.

And we use this motor to apply force down to player one's fingers

Pomocou tohto motorčeka vyvíjame tlak na prsty hráča,

for three seconds and then it stops.

3 sekundy a dosť.

And that player's been told, remember the experience of that force

Tomu hráčovi sme povedali, nech si zapamätá pocit z toho tlaku

and use your other finger

a potom druhým prstom

to apply the same force

vyvinie rovnaký tlak

down to the other subject's finger through a force transfuser -- and they do that.

na prst protihráča pomocou zosilňovača – čo aj urobil.

And player two's been told, remember the experience of that force.

A hráčovi 2 sme povedali, nech si zapamätá pocit z toho tlaku

Use your other hand to apply the force back down.

a druhou rukou ten tlak zopakuje.

And so they take it in turns

Takto sa teda striedajú

to apply the force they've just experienced back and forward.

vo vyvíjaní tlaku, ktorý práve pocítili.

But critically,

Kľúčové je ale to,

they're briefed about the rules of the game in separate rooms.

že sme ich poučili o pravidlách hry v oddelených miestnostiach.

So they don't know the rules the other person's playing by.

Takže nepoznajú pravidlá protihráča.

And what we've measured

Pri tomto pokuse sme merali

is the force as a function of terms.

silu ako funkciu počtu striedaní.

And if we look at what we start with,

A ak sa pozrieme na prvú nameranú hodnotu –

a quarter of a Newton there, a number of turns,

štvrť Newtonu... a počet striedaní...

perfect would be that red line.

Ideálnym výsledkom by bola tá červená čiara.

And what we see in all pairs of subjects is this --

Čo ale vidíme pri každom páre subjektov, je toto:

a 70 percent escalation in force

70 % stupňovanie sily

on each go.

pri každom striedaní.

So it really suggests, when you're doing this --

To naozaj svedčí o tom, že pri tejto hre –

based on this study and others we've done --

tu vychádzame z tejto a iných našich štúdií –

that the brain is canceling the sensory consequences

mozog odčítava zmyslové následky

and underestimating the force it's producing.

a podhodnocuje silu, ktorú vyvíja.

So it re-shows the brain makes predictions

Takže to naozaj dokazuje, že mozog predpovedá

and fundamentally changes the precepts.

a mení podstatu vnímania.

So we've made inferences, we've done predictions,

Po dedukciách a predpovediach

now we have to generate actions.

musí prísť samotné konanie.

And what Bayes' rule says is, given my beliefs,

Bayesovo pravidlo tvrdí, vychádzajúc z predstáv,

the action should in some sense be optimal.

konanie by malo byť akosi optimálne.

But we've got a problem.

Narážame ale na prekážku.

Tasks are symbolic -- I want to drink, I want to dance --

Úkony sú symbolické – chcem sa napiť, chcem tancovať –,

but the movement system has to contract 600 muscles

ale pohybové ústrojenstvo musí stiahnuť 600 rôznych svalov

in a particular sequence.

v určitom slede.

And there's a big gap

Je tu veľký rozdiel

between the task and the movement system.

medzi úkonom a pohybovým ústrojenstvom.

So it could be bridged in infinitely many different ways.

Je veľa spôsobov, ako ten rozdiel prekonať.

So think about just a point to point movement.

Vezmime si obyčajný pohyb z bodu do bodu.

I could choose these two paths

Môžem zvoliť tieto dve dráhy –

out of an infinite number of paths.

z nekonečného počtu možných dráh.

Having chosen a particular path,

Akonáhle som si zvolil konkrétnu dráhu,

I can hold my hand on that path

môžem na nej držať ruku

as infinitely many different joint configurations.

v nekonečnej rôznej konfigurácií kĺbov.

And I can hold my arm in a particular joint configuration

Môžem si držať ruku v určitej konfigurácii,

either very stiff or very relaxed.

môžem ju mať veľmi zaťatú alebo uvoľnenú.

So I have a huge amount of choice to make.

Takže si musím vybrať z ohromného množstva možností.

Now it turns out, we are extremely stereotypical.

A ako sa ukázalo, sme veľmi stereotypní.

We all move the same way pretty much.

Všetci robíme takmer rovnaké pohyby.

And so it turns out we're so stereotypical,

A keďže sa ukazuje, že sme takí stereotypní,

our brains have got dedicated neural circuitry

naše mozgy majú určený neurálny systém

to decode this stereotyping.

na dešifrovanie týchto stereotypov.

So if I take some dots

Takže keď zoberiem pár bodiek

and set them in motion with biological motion,

a rozpohybujem ich biologickým pohybom,

your brain's circuitry would understand instantly what's going on.

neurálny systém vo vašom mozgu by hneď pochopil, o čo ide.

Now this is a bunch of dots moving.

Toto je zhluk pohybujúcich sa bodiek,

You will know what this person is doing,

ale vy spoznáte, čo ten človek urobí,

whether happy, sad, old, young -- a huge amount of information.

či je spokojný, smutný, starý, mladý – obrovské množstvo informácií.

If these dots were cars going on a racing circuit,

Ak by tieto body predstavovali autá na závodnej dráhe,

you would have absolutely no idea what's going on.

nemali by ste tušenie, čo sa deje.

So why is it

Prečo sa teda pohybujeme

that we move the particular ways we do?

iba určitými spôsobmi?

Well let's think about what really happens.

Zamyslime sa teda, čo sa naozaj deje.

Maybe we don't all quite move the same way.

Možno sa všetci nepohybujeme úplne rovnako.

Maybe there's variation in the population.

Možno je v populácii variabilita.

And maybe those who move better than others

Možno tí, ktorí sa pohybujú lepšie ako ostatní,

have got more chance of getting their children into the next generation.

majú väčšiu šancu na potomkov v ďalšej generácii.

So in evolutionary scales, movements get better.

Na evolučnej stupnici sa pohybové schopnosti zlepšujú.

And perhaps in life, movements get better through learning.

A možno sa naše pohyby počas života zlepšujú učením.

So what is it about a movement which is good or bad?

Prečo je nejaký pohyb dobrý a iný zlý?

Imagine I want to intercept this ball.

Predstavte si, že chcem chytiť túto loptičku.

Here are two possible paths to that ball.

Tu vidíte dve možné dráhy k loptičke.

Well if I choose the left-hand path,

Ak zvolím tú naľavo,

I can work out the forces required

môžem prísť na to, aká sila je potrebná

in one of my muscles as a function of time.

v tom-ktorom svale v závislosti na čase.

But there's noise added to this.

Vstupuje do toho však aj šum.

So what I actually get, based on this lovely, smooth, desired force,

Nakoniec dostanem na základe tejto krásnej, hladkej, žiadanej sily

is a very noisy version.

šumom zamorenú verziu.

So if I pick the same command through many times,

Takže ak opakovane zvolím rovnaký príkaz,

I will get a different noisy version each time, because noise changes each time.

dostanem vďaka šumu vždy inú verziu, keďže šum je vždy iný.

So what I can show you here

Takže tu vám môžem ukázať,

is how the variability of the movement will evolve

ako sa tá variabilita pohybu bude vyvíjať,

if I choose that way.

keď si zvolím túto dráhu.

If I choose a different way of moving -- on the right for example --

Keď si zvolím inú dráhu, napríklad tú napravo,

then I'll have a different command, different noise,

tak dostanem iné príkazy, iný šum,

playing through a noisy system, very complicated.

keďže všetko ide cez zašumený systém, je to veľmi zložité.

All we can be sure of is the variability will be different.

Môžeme si byť istí len tým, že tá variabilita bude odlišná.

If I move in this particular way,

Ak zvolím túto konkrétnu dráhu,

I end up with a smaller variability across many movements.

dostanem menšiu variabilitu.

So if I have to choose between those two,

Ak si teda musím vybrať medzi tými dvoma,

I would choose the right one because it's less variable.

vybral by som si tú menej variabilnú.

And the fundamental idea

Kľúčovou myšlienkou je teda to,

is you want to plan your movements

že chcete rozvrhnúť svoje pohyby tak,

so as to minimize the negative consequence of the noise.

aby tie nepriaznivé dôsledky šumu boli čo najmenšie.

And one intuition to get

A je treba pochopiť jeden intuitívny vhľad,

is actually the amount of noise or variability I show here

že množstvo šumu či variability tu predvádzanej

gets bigger as the force gets bigger.

je tým väčšie, čím väčšia je sila.

So you want to avoid big forces as one principle.

Takže jednou zásadou je vyhnúť sa veľkým silám.

So we've shown that using this,

Takže sme ukázali,

we can explain a huge amount of data --

že môžeme vysvetliť veľké množstvo údajov –

that exactly people are going about their lives planning movements

že ľudia vo svojom praktickom živote plánujú svoje pohyby tak,

so as to minimize negative consequences of noise.

aby znížili na najmenšiu mieru nepriaznivé dôsledky šumu.

So I hope I've convinced you the brain is there

Dúfam, že som vás presvedčil, že takýto je mozog,

and evolved to control movement.

a že sa vyvinul, aby riadil pohyb.

And it's an intellectual challenge to understand how we do that.

A porozumieť tomu, ako to robíme, je intelektuálna výzva.

But it's also relevant

Má to ale tiež význam

for disease and rehabilitation.

pri chorobách a rehabilitácii.

There are many diseases which effect movement.

Mnohé choroby ovplyvňujú pohyb.

And hopefully if we understand how we control movement,

A snáď ak pochopíme, ako riadime pohyb,

we can apply that to robotic technology.

budeme to môcť využiť v robotickej technológii.

And finally, I want to remind you,

A na záver by som vám chcel pripomenúť,

when you see animals do what look like very simple tasks,

že keď uvidíte zvieratá robiť čosi veľmi jednoduché,

the actual complexity of what is going on inside their brain

zložitosť procesov, ktoré vtedy prebiehajú v ich mozgu,

is really quite dramatic.

sú naozaj úžasné.

Thank you very much.

Ďakujem pekne.

(Applause)

(potlesk)

Chris Anderson: Quick question for you, Dan.

Chris Anderson: Jedna rýchla otázka, Dan.

So you're a movement -- (DW: Chauvinist.) -- chauvinist.

Takže ty si pohybový – šovinista.

Does that mean that you think that the other things we think our brains are about --

Znamená to, že podľa teba tie ďalšie veci, ktoré našim mozgom pripisujeme –

the dreaming, the yearning, the falling in love and all these things --

snívanie, túžbu, zamilovanie sa a všetky podobné veci –

are a kind of side show, an accident?

odvádzajú pozornosť od podstaty a sú iba náhodné?

DW: No, no, actually I think they're all important

DW: Myslím si, že všetky sú dôležité

to drive the right movement behavior to get reproduction in the end.

ako hnacia sila pohybového správania vedúceho k rozmnoženiu.

So I think people who study sensation or memory

Takže podľa mňa ľudia, ktorí skúmajú zmysly alebo pamäť,

without realizing why you're laying down memories of childhood.

si neuvedomujú, dôvod uchovávania raných spomienok.

The fact that we forget most of our childhood, for example,

Napríklad to, že väčšinu svojho detstva zabudneme,

is probably fine, because it doesn't effect our movements later in life.

je asi v poriadku, pretože to neovplyvňuje pohyby neskôr v živote.

You only need to store things which are really going to effect movement.

Potrebujete uchovávať iba to, čo bude mať vplyv na pohyb.

CA: So you think that people thinking about the brain, and consciousness generally,

CA: Čiže ľudia, ktorí rozmýšľajú o mozgu či všeobecne o vedomí,

could get real insight

by mohli dosiahnuť dôležité vhľady,

by saying, where does movement play in this game?

ak by si povedali: „Akú rolu tu hrá pohyb?“

DW: So people have found out for example

DW: Takto ľudia napríklad prišli na to,

that studying vision in the absence of realizing why you have vision

že skúmanie zraku, bez uvedomovania si, na čo zrak máme, je chybou.

is a mistake.

You have to study vision with the realization

Pri skúmaní zraku si musíme uvedomovať,

of how the movement system is going to use vision.

ako bude pohybové ústrojenstvo zrak využívať.

And it uses it very differently once you think about it that way.

Využíva ho úplne inak – keď sa zamyslíte.

CA: Well that was quite fascinating. Thank you very much indeed.

CA: Tak teda, toto bolo fascinujúce. Veľmi pekne ti ďakujem.

(Applause)

(potlesk)