Trzy projekty, które zmienią świat

1. 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

2. 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?

3. 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?

4. 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”?

5. 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 dzieckonauczy 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. Nawetproste kontrasty /ra/-/la/ są trudne dla Japończyków, /vi/-/bi/ dla Hiszpanów, /s/-/th/ dla większości narodów nie mówiący po angielsku.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Projekt trzeci: HIT • HIT = Humanized InTerfaces, czyli naturalne interfejsyw komputerach i telefonach. • Cel daleki: budowa sztucznego umysłu, czyli systemuz 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.

11. Web/text/databases interface Text to speech NLP functions Natural input modules Graphical talking head Behavior control Cognitive functions Control of devices Affectivefunctions Specialized agents 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. 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.

12. Gry słowne • Gry komputerowe angażują głównie zdolności percepcyjno-ruchowe, w przeszłości to mowa i grysłowne 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.

13. 3 projekty, 3 kontynenty