Science
06.07.2018

Wie die Maschinen zu einem Bewusstsein kommen

© Bild: Getty Images/iStockphoto / mennovandijk/IStockphoto.com

Der Informatiker und Turing-Preisträger Manuel Blum erklärt im Interview, wie er Maschinen mit Bewusstsein ausstatten will.

Der US-amerikanische Informatiker Manuel Blum von der Carnegie Mellon University arbeitet derzeit mit seiner Frau Lenore, die ebenfalls Informatikerin ist, daran, ein Modell des Bewusstseins zu entwickeln, das sich auch in Computern umsetzen ließe. Derzeit sind sie dabei, die theoretischen Grundlagen so weit auszuarbeiten, dass das Modell zur Überprüfung von Hypothesen herangezogen werden kann. Erst danach ließe sich die Architektur in Hardware umsetzen. Blum ist aber optimistisch, dass ihm das gelingen kann.

Vor kurzem war der Informatiker, der für seine Beiträge in den Bereichen Komplexitätstheorie und Kryptografie 1995 mit dem Turing-Preis, der höchsten Ehrung für Informatiker, ausgezeichnet wurde, auf Einladung der Technischen Universität in Wien, um die diesjährige Gödel-Lecture zu halten. Die futurezone hat Blum aus diesem Anlass interviewt, um ihn nach den Fortschritten, die er bisher bei der Arbeit mit seiner Frau gemacht hat, zu fragen.

futurezone: Wie entsteht Bewusstsein im Gehirn?
Manuel Blum: 1989 entwickelte Bernard Baars ein Modell des Gehirns, das viel dazu beitrug, das Bewusstsein zu erklären. Die Neurowissenschaftler stimmen Baars großteils zu. Lenore und ich versuchen, sein Modell zu formalisieren. Derzeit ist unsere Arbeit aber noch unvollständig. Es ist noch nicht möglich, Theoreme über das Bewusstsein zu beweisen. Das ist unser Ziel.

Welche Bestandteile hat das Modell?
Sein Modell des Gehirns, er nennt es “Theorie des globalen Arbeitsraums”, funktioniert wie ein Theater. Auf der Bühne gibt es einige wenige Schauspieler. Die Schauspieler und ihre Performance werden von einem riesigen Publikum beobachtet. Die einzelnen Zuschauer repräsentieren Prozessoren im Gehirn, die jeweils mit sehr spezifischen Aufgaben betraut sind. Da gibt es etwa den Zuschauer, der mit der Erkennung von Gesichtern beschäftigt ist.

Und wer sind die Schauspieler?
Einer der Schauspieler ist da, um mein Ich zu repräsentieren. Wenn wir auf die Welt kommen, wissen wir nicht, was wir sind. Aber wenn wir versuchen unseren Arm oder unsere Hand zu bewegen, sehen wir, dass wir das können. Die Hand einer anderen Person können wir aber nicht bewegen. So lernt man, was zu einem gehört und was nicht und mit der Zeit entsteht so eine Repräsentation. Im Moment sind auf meiner Bühne du und ich. Die Schauspieler sind, was immer wir gerade denken, das auf das unsere Aufmerksamkeit gerichtet ist.

Das Bewusstsein ist also wie ein Scheinwerfer?
Ja, diesen Begriff verwendet auch Baars. Der Scheinwerfer kann auch hin- und herspringen zwischen den Schauspielern. Zudem gibt es auch einen Schauspieler geben, der mit Kontext befasst ist. Wie sind wir dahin gekommen, wo wir jetzt sind? Ich sitze gerade vor dir, ich bin in einem bestimmten Zimmer. Mit diesem Kontext ist ein Schauspieler beschäftigt.

Was benötigt das Modell sonst?
Das ist schon fast alles. Was auf der Bühne passiert, wird an das gesamte Publikum gesendet. Jeder Zuschauer bekommt diese Information. Stell dir vor, du wärst auf einer Party und siehst jemanden, dessen Gesicht du erkennst, aber der Name fällt dir nicht ein. Also redest du mit jemand anderem und trinkst ein Glas Wein. Eine halbe Stunde später ist der Namen plötzlich da. Im Theatermodell hast du auf der Bühne die Frage nach dem Namen gestellt. Die Information kann an vielen verschiedenen Orten gespeichert sein, also bei verschiedenen Zuschauern liegen. Die Prozessoren im Publikum hören die Frage und durchsuchen ihre eigenen Erinnerungen und vielleicht erinnert sich einer, dass der Name mit einem M beginnt.

Die Zuschauer sprechen miteinander?
In unserem derzeitigen Modell funktioniert die Kommunikation über die Bühne. Wir sind uns aber nicht sicher. Der Prozessor, der das M gefunden hat, schickt die Information auf die Bühne. Von dort wird sie wieder unverzüglich an alle Zuschauer geschickt.

Warum muss das über die Bühne gehen?
Ich stelle mir vereinfacht jedes Neuron im Gehirn als Prozessor vor. Das sind insgesamt etwa zehn hoch elf Neuronen. Da gibt es grob gesagt 10 hoch 22 mögliche Paare, die miteinander sprechen könnten. So viele Verbindungen gibt es nicht im Gehirn.

Welche Rolle spielt die Komplexität der Verschaltung für das Bewusstsein?
Ein Transistor ist ungefähr mit einer Synapse im Gehirn vergleichbar. Die Anzahl der Synapsen in unserem Hirn ist ungefähr so groß wie die Zahl der Transistoren im Titan Computer, der vor einigen Jahren der größte Supercomputer war.

Also ist Komplexität nicht alles.
Nein, die Architektur ist entscheidend. Im Theatermodell gibt es die Bühne und das Publikum aus Prozessoren. Was auf der Bühne passiert bekommt das Publikum sofort mit. Wenn die Information von der Bühne an zehn Neuronen weitergegeben wird und diese geben sie wieder an zehn weiter, dann wäre die Information in 11 Schritten überall angekommen. In die andere Richtung funktioniert der Austausch viel langsamer.

Können wir diese Architektur technisch nachbauen?
Ich sehe keinen Grund, warum das nicht klappen sollte. Es ist eine komplett andere Struktur als das was heute in Computern verwendet wird. Es gibt also noch nichts Vergleichbares. Und wir haben noch viele offene Fragen, was die Struktur angeht. Die wollen wir mit unserer Theorie beantworten. Dann können wir uns daran machen, das zu bauen.

Welche offenen Fragen gibt es?
Eine der Fragen ist, warum so wenige Schauspieler auf der Bühne sind. Warum sind wir uns so weniger Dinge bewusst? Wir denken immer, dass wir viele Dinge bewusst wahrnehmen. In Wahrheit stimmt das nicht. Wir leben in einer sehr komplexen Umwelt und sehen nur das, auf das wir uns wirklich konzentrieren. Wenn du ein Bild betrachtest, kann ich immer auf Details verweisen, die du erst dann siehst. Das Gefühl, dass man das große Ganze im Kopf erfasst, trügt. Was man tatsächlich hat, ist nur eine grobe Beschreibung.

Weil alles andere zu aufwändig wäre?
Ich glaube schon. Ich habe vorher erwähnt, dass man nicht alle Neuronen verbinden kann, weil das zu viele Schaltungen wären. Es gibt ein ähnliches Argument, das sagt, dass wir schlicht nicht alles erfassen können. Nur ein kleiner Teil von dem was ein Mensch sieht, wird überhaupt scharf dargestellt. Das Auge kann dann schnell hin und her fokussieren und so etwas anderes scharfstellen. Aber niemals das ganze Bild. Deshalb haben wir nur eine grobe Beschreibung der Umwelt. Und die ist nicht in Englisch oder Deutsch, sondern in der Sprache des Gehirns. Ich denke sie umfasst nur einige Bits, wahrscheinlich nicht mehr als ein durchschnittlicher Satz in Englisch.

Manuel Blum, Lenore Blum und ihr Enkel
Manuel Blum, Lenore Blum und ihr Enkel © Bild: Manuel Blum

Wie sieht ihr Modell derzeit aus?
Es gibt einen sehr kleinen Speicher, den Baum zur Weitergabe der Information an die Prozessoren und dann die Beschreibung des Prozesses, durch den Information zurück nach oben gefiltert wird. Das ist langsam, weil es viele Prozessoren gibt, die unterschiedliche Information auf die Bühne schicken wollen. Der Psychologe George Miller hat 1960 gesagt, dass unser Kurzzeitgedächtnis sieben plus/minus zwei Informationseinheiten halten kann. Das ist im Prinzip die Zahl der möglichen Schauspieler auf der Bühne. Unsere Theorie sagt, dass eine Einheit eine Zahl, ein Buchstabe oder ein Wort sein kann, sogar ein Gedicht, das man auswendig gelernt hat. Konkreter besteht jede Einheit aus einem Tripel aus der Adresse für ein Neuron, der Information selbst und einem Gewicht, das aussagt, wie wichtig es ist, die Information auf die Bühne zu bringen.

Das Bewusstsein ist also eigentlich nur die konzentrierte Aufmerksamkeit der Subsysteme?
Ich denke, das ist, was Bewusstsein ist: Dass jeder Prozessor im Gehirn seine Aufmerksamkeit auf dieselbe Sache konzentriert. Sonst ist da nichts.

Wie weit sind sie noch von einem Bauplan für Hardware entfernt?
Das ist natürlich das Ziel. Derzeit bin ich aber noch nicht zufrieden mit dem Modell. Die Frage ist etwa, welche Prozessoren miteinander verbunden sind. Ein möglicher Ansatz wäre, dass wenn ein Prozessor die Antwort auf die Frage “Welcher Name gehört zu welchem Gesicht” kennt, dieser eine Verbindung zum fragenden Prozessor aufbaut. Wenn man das berechnet, zeigt sich, dass das nicht zu viel für unser Gehirn ist. Diese Art der Vernetzung ist realisierbar.

Was ist außer der Architektur notwendig für Bewusstsein?
Mein Modell benötigt neben der Architektur drei Dinge. Das erste ist die Selbsterfahrung. Man braucht diesen Schauspieler, der das Ich repräsentiert. Das zweite, was wichtig ist, ist der innere Monolog. Wir sprechen alle mit uns selbst. Der Zweck ist, dass wir so vorausplanen können. Wenn man etwas tun will, muss man sich einen Plan zurechtlegen. Dafür braucht es eine innere Sprache. Die dritte essentielle Komponenten ist Motivation. Das muss jeder funktionierende Prozessor haben. Die Motivation hat zwei Teile: Ein Verlangen und die Energie, es umzusetzen.

Ist ein Bewusstsein der Weg zu einer allgemeinen künstlichen Intelligenz?
Ich denke, dass sich auf diesem Weg eine allgemeine KI realisieren lassen könnte.