Trzy projekty, które zmienią świat Włodzisław Duch Katedra Informatyki Stosowanej UMK Toruń School of Computer Engineering, NTU Singapore Google: Duch http://www.phys.uni.torun.pl/~duch

Zabawki kognitywne W 1900 średnia długość życia to 45 lat, wiek wcześniej 35 lat. Królowa Anna Stuart miała 18 dzieci, tylko jedno dożyło do 11 roku, mąż zmarł w wieku 25 lat a ona sama 37. Nie było czasu na dzieciństwo, nie było zabawek. Dzieci rodziło się dużo, wysyłało się je na wieś. Niewiele przeżywało, rzadko miały kontakt z rodzicami. Efekt Jamesa R. Flynna: średni iloraz inteligencji rośnie we wszystkich krajach początku XX w ! 100 punktów IQ to średnia dla populacji. W zależności od testów co pokolenie (20 lat) wartość ta rośnie od 7-15 punktów! Dlaczego? Złożone środowisko? Odżywianie? A może lepsze dzieciństwo i rozwój mózgu?

Jak wpłynąć na rozwój mózgu? Geny: ważne, ale określają tylko górny pułap, pełny potencjał rozwojowy prawie nigdy nie udaje się osiągnąć. Wyzwanie dla inżynierii biomedycznej: wspomóc normalne procesy rozwojowe, wcześnie wykryć i zlikwidować problemy związane z rozwojem poznawczym, takie jak dysleksja. Zasada ogólna: dorastanie = specjalizacja, ograniczanie możliwości i wzrost kompetencji w wybranych obszarach. Maksymalna liczba neuronów: 1-2 miesięcy przed narodzinami, chociaż mózg niemowlęcia ma tylko ¼ ostatecznej objętości. Geny nie mogą dokładnie określić, jak ma się rozwijać mózg, wiec powstaje za wiele a potem niepotrzebne umierają (apoptoza). Dlaczego niepotrzebne? Jak wpłynąć na optymalny rozwój?

Komunikacja Rozwój możliwości skojarzeniowych mózgu wyprzedza rozwój zdolności percepcyjnych i ruchowych – niemowlęta nie potrafią się porozumiewać, pokazać swojego zainteresowania. Badanie częstości i siły ssania smoczka jest podstawową metodą testowania w psychologii rozwojowej. W US wydano patent na używanie języka migowego do porozumiewania się z niemowlętami! Zalecenia psychologów rozwojowych: stymulacja jeszcze w łonie, np. wibracje muzyczne, lub BabyPlus™ “enhanced heartbeat”. Piosenki dziecięce w obcych językach, kołysanki, wpływają na rozwój mowy i zdolności językowe, ale dość słabo. Uczenie pasywne jest mało efektywne, nie da się tak nauczyć chodzenia; jak można „słuchać aktywnie”?

Wczesna percepcja mowy Percepcja mowy oparta jest na sylabach, kombinacji podstawowych fonemów; 2-miesięczne oseski rozpoznają sylaby. Istnieje około 6800 języków, ale tylko 800 fonemów. Czemu mamy problemy z wymową chińskiego czy angielskiego? Zdolność do słyszenia kontrastów fonetycznych jest wrodzona, 6-miesięczne dziecko nauczy się dowolnego języka. W 5 miesiącu dzieci odróżniają samogłoski niezależnie od wymowy (rys: koreański-francuski). Wczesna specjalizacja: po 10 miesiącu życia zdolność do odróżniania kontrastów w językach, których dziecko nie słyszy na codziennie gwałtownie zanika. Istnieje pozytywna korelacja pomiędzy IQ a liczbą poznanych języków. Nawet proste kontrasty /ra/-/la/ są trudne dla Japończyków, /vi/-/bi/ dla Hiszpanów, /s/-/th/ dla większości narodów nie mówiący po angielsku.

Zabawka Zachęca do pamiętania kontrastów fonetycznych, nie tylko zabawy z bablaniem (wokalizą). Niemowlę nie potrafi powtarzać słyszanych fonemów, rozwój i kontrola aparatu głosowego jest wolniejsza niż percepcji. Zabawka produkuje ciągi sylab ... ra-ra-ra-ra-la-la-la-la ... Jeśli niemowlę zauważy kontrast fonetyczny to należy je nagrodzić światełkami lub melodyjką. Uczenie aktywne: zabawka angażuje niemowlę w wymianę informacji. Kluczowy problem: jak mierzyć reakcję dziecka? Zmiana sposobu wokalizacji? Cisza/wokalizacja, sam/spółgłoska? Lepiej – smoczek telemetryczny.

Patenty Wiele patentów dotyczących uczenia się języków, ale dla dzieci powyżej 4 roku życia, z wideo i klawiaturami. Zabawka kognitywna może być wyspecjalizowana w kilku językach, których kontrasty fonetyczne chcemy nauczyć. Można tworzyć zabawki dla rozwoju słuchu muzycznego, percepcji kolorów, pamięci asocjacyjnej i roboczej, które mają wpływ na ogólną inteligencję. Mój wniosek patentowy z 1997, przyznany w 2002 r. „Układ aktywnego stymulatora ośrodków mowy, zwłaszcza niemowląt i dzieci.” Niestety robienie takich badań nie jest łatwe. Wnioski w Children’s Hospital Medical Foundation, Cincinnati, Ohio, na smoczek telemetryczny i różne zabawki kognitywne.

Wyobraźmy sobie ... Świat, w którym wszyscy mogą się porozumiewać bez problemów i każdy może się nauczyć dowolnego języka. Świat w którym większość nieprawidłowości rozwojowych da się wyeliminować na wczesnym etapie rozwoju poprzez zabawę. Świat bogatszy w doznania zmysłowe; słuch absolutny ma teraz tylko jedna osoba na 10.000, a mogą mieć prawie wszystkie. Świat w którym potencjał każdego dziecka da się w pełni rozwinąć; zabawka nie zastąpi matki ale i matka zabawki ... Wystarczy zacząć kształtować młody mózg dostatecznie wcześnie, bez wysiłku, w naturalny sposób. Percepcja mowy to tylko pierwszy krok.

Projekt drugi: symulacja mózgu Nie rozumiemy wszystkich szczegółów lotu ptaków, ale potrafimy budować samoloty; czy to samo da się zrobić z mózgami? Komplikacja mózgu: 10 mld neuronów i 100 trylionów połączeń. Taka złożoność będzie osiągalna w symulacjach za parę lat! Wiemy dostatecznie dużo by zbudować symulator głównych struktur mózgu, rozwijanego przez interakcję z otoczeniem, uwzględniającego szczegóły neurobiologiczne w odpowiednio uproszczony sposób. Cel: autonomiczny robot, zrozumienie jak wyższe czynności poznawcze powstają z prostszych procesów, jak rozwija się język, platforma integrująca wiedzę o procesach kognitywnych. ABACCUS: Artificial Brain Architecture and Cognitive Control Understanding System, złożony we wrześniu do 6PR UE, z udziałem 7 grup z W. Brytanii, Niemiec, Włoch, Grecji i naszej.

Projekt trzeci: HIT HIT = Humanized InTerfaces, czyli naturalne interfejsy w komputerach i telefonach. Cel daleki: budowa sztucznego umysłu, czyli systemu z którym będziemy mogli mieć podobne relacje jak z ludźmi. Cel bliski: integracja wielu technologii, stworzenie modularnej platformy dla HIT, składającej się z mówiącej głowy, syntezy mowy, kontroli zachowania, wyrazu twarzy, gestów, percepcji słuchowej, wzrokowej, rozpoznawania mowy, lokalizacji obiektów, rozpoznawania osób po głosie i twarzy, dostępu do baz danych i informacji z Internetu, pamięci i kojarzenia faktów. Liczne zastosowania, ale wąsko określone, nie uniwersalna AI. Wielki rynek programów dla urządzeń przenośnych, bez klawiatury, które mają zbyt wiele możliwości by je wykorzystać. Na razie mam w projekcie 16 osób z NTU, ponad 4Mzł.

Web/text/ databases interface HIT: nasza platforma Ogólny schemat: funkcje podstawowe: synteza i rozpoznawanie mowy w ograniczonym , zakresie, grafika, proste f. językowe (NLP) + funkcje rozszerzone: percepcja, poznawcze, afektywne,behawioralne, wyspecjalizowani agenci. Natural input modules Cognitive functions Affective functions Web/text/ databases interface Behavior control Control of devices Graphical talking head Text to speech NLP functions Specialized agents Wyzwanie: zbudować modularną platformę na PC, z głową 3D, funkcjami percepcyjnymi, kontrolą zachowania, funkcjami kognitywnymi i afektywnymi, przenieść ją telefony/usługi sieciowe. Integracja wielu istniejących projektów dotyczących AI, analizy sygnałów, komputerowej wizji, treści semantycznych multimediów itd; współpraca z przemysłem, silna konkurencja ze strony Microsoft, Intel, projektów UE.

Gry słowne Gry komputerowe angażują głównie zdolności percepcyjno-ruchowe, w przeszłości to mowa i gry słowne stanowiły podstawę rozwoju. Dialog z użytkownikiem: o co mu chodzi? Trzeba zadawać pytania by sprecyzować dokładnie, co rozmówca ma na myśli. Gra w 20 pytań: pomyśl o czymś, a ja zgadnę. Czy to zwierzę, roślina, minerał czy coś innego? Jak zadawać inteligentne pytania? Gra w 20 pytań to kolejne wyzwanie dla AI, chcemy zrobić światowe mistrzostwa. Mamy już mówiącą głowę, z którą można pograć. Można też kupić zabawkę z grą w 20 pytań, ale bez HIT. Planujemy wiele zastosowań w grach edukacyjnych.

3 projekty, 3 kontynenty