Zpracování obrazu mozkem: reverse engineerujeme mozek

Karel Kulhavý 9. 2. 2015

Mohlo by se zdát, že nejlepší je JPEG, na 100 kB bezchybném kanále měl přece skvělou kvalitu, lepší než i analogový záznam na médiu neformátovaném. Je tu ale rozdíl: JPEG je sofistikovaný algoritmus, který vyždímá z obrazu spoustu korelací. Náš analogový záznam byl zcela nekomprimovaný!

Je tedy JPEG přeci jenom lepší?

Něco podobného jako JPEG se dá implementovat i čistě analogově – a na rozdíl od JPEGu to bude robustní proti chybám a šumu! A to něco je analogový algoritmus, co používá mozek. Pravý retro analogový – jako elpíčka, kazety, videomagnetofon a analogová televize. Na rozdíl od těchto několik desetiletí starých reter se tohle retro používá s neutuchajícím úspěchem už asi 300 miliónů let (blanatí obratlovci, kromě savců tam patří i ptáci, jejichž vizuální systém má s naším mnoho analogií a díky požadavkům letu také solidní výkon). Domnívám se, že pak se dosáhne mnohem kvalitnějšího využití výpočetní matérie než u JPEGu:


Zdroj: Professor Kinski, Soundcloud

Příklad co se stane, když data v primární vizuální kůře silně zaokrouhlíme. Žádná posterizace barev, schody, kostičky či šachovnice. Tenhle analogový algoritmus artefakty nedělá, prostě určité věci zapomíná: světla, nápis HUMMER, slabší hvězdičky, barevná hala na čočce, méně výrazné nápisy na plechovce, nos a ústa řidiče, mraky, struktura křídel raketoplánu. Přitom text dole i obličejíček ufona zůstanou ostré. Pokud vám obrázek stejně jako mně připomíná nedokonalou vzpomínku, pak se domnívám, že to bude tím, že byl použit stejný algortimusm jako můj či váš mozek používá.

Doufám že se mi podařilo, byť nerigorózně, osvětlit, proč je uvnitř analogařina. A teď už si ten udělátor pěkně podáme.

Reverse engineerujeme velmi retro analogový počítač

Obtížnost reverse engineerování mozku dle mého názoru spočívá zejména v tom, že snadná přístupnost, modularita a přehlednost vůbec nebyly kritériem při vývoji. Další zádrhel je v tom, že na mozku jsme implementováni my sami, takže pokus o jeho pochopení vede k určité rekurzi.

Mozek, tuto dle mého názoru zábavnou hračku, která nabízí poznávací zájezd, při kterém se nabídka témat k poznávání hned tak nevyčerpá, jsme v jeho nejnovější verzi nosili stále s sebou asi 200 tisíc let. Pro představu, to je od dob naší – protože to samotné slovo by vydalo na asi 4 další díly seriálu, tak vám tady na něj napíšu skript:

time ( a=10000; while [ $a -gt 2 ]; do echo -n pra; a=`expr $a - 1`; done; echo babicky )

Teprv cca před 150 lety (toto slovo se sem již vejde, praprapraprababička) ukázal Paul Broca, že poškození určitého místa v mozku způsobuje těžké jazykové problémy.

To ukázalo, že duševní funkce jsou implementovány mozkem a ne srdcem, jak si někteří lidé dříve mysleli.

Teď se ovšem dostáváme k té obtížnosti dle mého názoru kvůli rekurzi – někteří lidé si stále i přes tyto výzkumy myslí, že duševní funkce jsou implementovány v imateriálním objektu zvaném duše, která není zkoumatelná vědeckou metodou. Také jsou lidé, co věří, že vesmír začal před 6000 lety, a to stvořením inteligentní bytosti vlastnosti podobných člověku, která opět není zkoumatelná vědeckou metodou. Tam se těch 200 tisíc let nevejde.

Zato jsem ještě nepotkal člověka, který by třeba věřil, že trávení nedělá žaludek, ale že se jídlo posílá do nějakého vědecky nezkoumatelného imateriálního objektu – ať se jmenuje třeba ráfek – a vzniklé výkaly se pak posílají zpět. Maximálně lidé mluvili o tom, že mají kolem zažívacího traktu pneumatiku. Také jsem se nesetkal s tím, že by lidé věřili, že jejich televizor nebo počítač – také kybernetické systémy – mají duši. A to mě právě přesvědčuje, že ten problém je v rekurzi.

Takoví lidé by se mohli cítit nerespektováni, kdybych zde uvedené poznatky prezentoval jako fakta (viz výzkum J. J. Gibba, kategorie certainty). Proto čtenáře prosím, aby si před každé moje tvrzení připojili text „Dle mého názoru založeného na vědeckém zkoumání…“

Za Brocy se již vědělo, že mozek pracuje s elektřinou. Zapícháme tam tedy nějaké drátky, připojíme osciloskop a budeme sledovat, co tam běhá za signály, když dotyčnému ukazujeme obrázky? Otázka je ale jak tlusté drátky a kam. A také aby to dotyčného nepoškodilo.

K tomu nám v r. 1873 pomohl Golgi, co zjistil, že dusičnanem stříbrným (to je taková ta tyčinka na vypalování bradavic) se dají začernit mozkové buňky (jako dítě si pamatuji, že ty bradavice rozhodně začernila), takže jsou pak vidět pod mikroskopem a také to, že tvoří síť. Genialita jeho metody spočívá v tom, že se obarví jen menšina neuronů, a obarvené neurony se obarví celé. Mechanismus proč to nastává stále není znám. Protože ty neurony jsou natěsnané jedem na druhém, kdybychom je obarvili všechny, pak bychom viděli jenom samé černo. Ramon y Cajal v r. 1874 pak druhy neuronů v mozku ve fenomenálním a slavném díle detailně zmapoval.

On a jeho následníci zjistili, že mozek je něco jako čip o průměru půl metru a tloušťce asi 3 mm, v kterém je asi šest vrstev těch aktivních prvků – neuronů. Aby se do hlavy tato takzvaná mozková kůra vešla, je zmuchlaná do koule jako noviny. V prostoru mezi je pak natahané nespočetné množství drátů – bílá hmota mozková. Ty dráty jsou někdy dělané jako koaxiály, aby rychleji vodily. Místo mědi je tam slaná voda v celofánové hadičce (je vidět, že výrobci spotřební elektroniky se mají ve vylevňování ještě co učit) a místo polyetylénového dielektrika sádlo (odborně myelin). To je taky důvod, proč je mozek tučný, když se jí jako mozeček.

Brodmann v r. 1909 zjistil, že neurony a jejich uspořádání vypadají pod mikroskopem v různých místech mozku odlišně – našel celkem 52 oblastí. Něco jako 52 místnosti v Jet Set Willy, které na sebe přiléhají. Oblasti se liší tím jaké druhy dat zpracovávají. Například je oblast na zvuk, obraz, polohu, pohyb, obličeje, dekódování emocí z obličejů, odhadování duševních stavů lidí z jejich chování, nástroje, domy, zvířata, mluvení, porozumění řeči, čich, negativní emoce, motivaci, pamatování si toho co chceme udělat, přepínání vědomí a spánku atd.

Rozkrojíme-li mozek kuchyňským nožem v Brodmannově oblasti 17, která je na zadní straně mozku, uvidíme tam prostýma očima bílou Gennariho čáru. Proto se také této části mozkové kůry říká striate (pruhovaná?). Ten pruh je způsoben tlustým „kabelem“ vizuálních informací, který se do zóny 17 napojuje a jde z thalamu. To je ta věc uprostřed mozku napůl cesty od očí. Brodmannova oblast 17 je primární vizuální kůra, označovaná také jako V1.

widgety

Dejte mi ten čip, rozbrousím to

Čip neznámé funkce bychom asi rozbrousili, dali pod mikroskop, koukali se, jak je to tam propojené, a případně bychom tam připojovali nějaké miniaturní elektrody, abychom zjistili, jaké signály tam chodí.


Zdroj: Nohl, Evans, Univ. of Virginia; Starburg, Ploetz, Chaos Computer Club

Reverse engineering kryptografického čipu pod mikroskopem.

V příštím díle si vysvětlíme, jak se to dělá u tohohle měkkého čipu.

Našli jste v článku chybu?
Vitalia.cz: Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

120na80.cz: Co je padesátkrát sladší než cukr?

Co je padesátkrát sladší než cukr?

Lupa.cz: Jak důležitá je u firemních počítačů spotřeba?

Jak důležitá je u firemních počítačů spotřeba?

DigiZone.cz: Nova opět stahuje „milionáře“

Nova opět stahuje „milionáře“

Měšec.cz: TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

Lupa.cz: Jak levné procesory změnily svět?

Jak levné procesory změnily svět?

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Lupa.cz: Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Vitalia.cz: 5 chyb, které děláme při skladování potravin

5 chyb, které děláme při skladování potravin

Lupa.cz: Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

DigiZone.cz: Světový pohár v přímém přenosu na ČT

Světový pohár v přímém přenosu na ČT

DigiZone.cz: Digi Slovakia zařazuje stanice SPI

Digi Slovakia zařazuje stanice SPI

DigiZone.cz: Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Vitalia.cz: Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Root.cz: Hořící telefon Samsung Note 7 zapálil auto

Hořící telefon Samsung Note 7 zapálil auto

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Vitalia.cz: Fyzioterapeutka: Chůze naboso? Rozhodně ano!

Fyzioterapeutka: Chůze naboso? Rozhodně ano!

Lupa.cz: Jak se prodává firma za miliardu?

Jak se prodává firma za miliardu?

Podnikatel.cz: Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

DigiZone.cz: Parlamentní listy: kde končí PR...

Parlamentní listy: kde končí PR...