https://frosthead.com

Otak Membuat Keputusan dengan Cara Alan Turing Kode yang Retak

Terlepas dari peristiwa yang digambarkan dalam The Imitation Game, Alan Turing tidak menemukan mesin yang memecahkan kode Jerman selama Perang Dunia II — Polandia melakukannya. Tapi ahli matematika yang brilian itu menciptakan sesuatu yang tidak pernah disebutkan dalam film: alat matematika untuk menilai keandalan informasi. Alatnya mempercepat kerja menguraikan pesan yang disandikan menggunakan versi yang lebih baik dari mesin-mesin Polandia.

Konten terkait

  • Ngemil Tengah Malam Buruk bagi Otak Anda
  • Otak Merpati Bekerja Seperti Kita
  • Apakah Anda Membuat Keputusan yang Lebih Baik Saat Lapar?

Sekarang para peneliti yang mempelajari monyet rhesus telah menemukan bahwa otak juga menggunakan alat matematika ini, bukan untuk memecahkan kode pesan, tetapi untuk mengumpulkan bukti yang tidak dapat diandalkan untuk membuat keputusan sederhana. Untuk ahli saraf Universitas Columbia Michael Shadlen dan timnya, temuan ini mendukung gagasan yang lebih besar bahwa semua keputusan yang kita buat — bahkan keputusan yang tampaknya tidak rasional — dapat dipecah menjadi operasi stastikal yang rasional. "Kami pikir otak pada dasarnya rasional, " kata Shadlen.

Diciptakan pada tahun 1918, mesin Enigma Jerman menciptakan cipher substitusi dengan menukar huruf asli dalam pesan untuk yang baru, menghasilkan apa yang tampak seperti omong kosong murni. Untuk membuat cipher lebih rumit, perangkat memiliki disk berputar di dalam yang diputar setiap kali tombol ditekan, mengubah pengkodean dengan setiap keystroke. Prosesnya sangat kompleks sehingga bahkan dengan mesin Enigma di tangan, Jerman dapat menguraikan pesan hanya dengan mengetahui pengaturan awal dari dial enkripsi tersebut.

Enigma Mesin Enigma Jerman, musuh pemecah kode Perang Dunia II. (Perpustakaan Walker Sejarah Imajinasi Manusia)

Turing menciptakan sebuah algoritma yang mengurangi jumlah pengaturan yang mungkin dilakukan oleh mesin dekripsi Inggris, yang disebut bom, setiap hari. Bekerja di fasilitas rahasia Bletchley Park di Inggris, Turning menyadari bahwa adalah mungkin untuk mengetahui apakah dua pesan berasal dari mesin dengan rotor yang dimulai pada posisi yang sama — informasi penting untuk mengetahui posisi-posisi itu. Sejajarkan dua pesan yang disandikan, satu di atas yang lain, dan kemungkinan bahwa dua huruf akan sama sedikit lebih besar jika kedua pesan berasal dari mesin dengan pengaturan awal yang sama. Ini karena dalam bahasa Jerman, seperti dalam bahasa Inggris, huruf-huruf tertentu cenderung lebih umum, dan proses enkripsi mempertahankan pola ini.

Algoritma Turing pada dasarnya menambahkan kemungkinan petunjuk-petunjuk itu berguna. Ini juga menunjukkan ketika peluang kumulatif cukup baik untuk menerima atau menolak bahwa dua pesan yang dibandingkan berasal dari mesin dengan status rotor yang sama. Alat statistik ini, yang disebut uji rasio probabilitas berurutan, terbukti menjadi solusi optimal untuk masalah tersebut. Ini menghemat waktu dengan memungkinkan pemecah kode Bletchley untuk memutuskan apakah dua pesan berguna sambil melihat jumlah surat sesedikit mungkin. Turning bukan satu-satunya ahli matematika yang bekerja secara rahasia untuk menemukan ide ini. Abraham Wald di Universitas Columbia menggunakannya pada tahun 1943 untuk mencari tahu berapa banyak bom yang perlu diledakkan Angkatan Laut AS untuk memastikan bahwa sejumlah amunisi tidak rusak sebelum mengirimkannya.

Sekarang Shadlen telah menemukan bahwa manusia dan hewan lain mungkin menggunakan strategi serupa untuk memahami informasi yang tidak pasti. Berurusan dengan ketidakpastian adalah penting, karena beberapa keputusan didasarkan pada bukti yang dapat diandalkan. Bayangkan mengemudi di jalan berliku di malam hari di tengah hujan. Anda harus memilih apakah akan memutar roda ke kiri atau ke kanan. Tapi seberapa jauh Anda bisa mempercayai lampu ekor yang samar dari mobil yang jaraknya tidak diketahui di depan, garis pohon gelap dengan bentuknya yang membingungkan atau penanda jalur yang nyaris tidak terlihat? Bagaimana Anda menyatukan informasi ini agar tetap di jalan?

Monyet di lab Shadlen menghadapi keputusan yang sama sulitnya. Mereka melihat dua titik yang ditampilkan pada monitor komputer dan mencoba memenangkan hadiah dengan memilih yang benar. Bentuk yang muncul di layar satu per satu mengisyaratkan jawabannya. Ketika simbol Pac-Man muncul, misalnya, titik kiri mungkin, tetapi tidak pasti, jawaban yang benar. Sebaliknya, pentagon lebih menyukai titik yang tepat. Permainan berakhir ketika seekor kera memutuskan bahwa ia telah melihat bentuk yang cukup untuk menebak dengan memutar matanya ke salah satu titik.

Otak manusia Korteks intraparietal lateral, bagian otak yang diukur dalam penelitian ini, ditemukan di lobus parietal. (Gambar berasal dari National Institute on Aging / National Institutes of Health)

Ada banyak strategi yang bisa digunakan untuk memilih titik yang benar. Monyet hanya bisa memperhatikan petunjuk terbaik dan mengabaikan yang lain. Atau sebuah pilihan dapat dibuat setelah waktu tertentu, terlepas dari seberapa yakin monyet tentang bukti yang dilihatnya hingga saat itu.

Apa yang sebenarnya terjadi adalah akumulasi informasi di otak, ketika hewan menilai keandalan masing-masing bentuk dan menambahkannya ke jumlah total. Shadlen memonitor penumpukan ini dengan memasukkan elektroda ke dalam otak monyet tanpa rasa sakit. Petunjuk probabilitas tinggi memicu lompatan besar dalam aktivitas otak, sedangkan petunjuk yang lebih lemah menghasilkan lompatan yang lebih kecil. Keputusan tampaknya dibuat ketika aktivitas yang mendukung kiri atau kanan melewati batas tertentu — mirip dengan hasil dari algoritma Turing.

"Kami menemukan bahwa otak mencapai keputusan dengan cara yang akan dilakukan dengan seorang ahli statistik, " kata Shadlen, yang timnya akan mempublikasikan hasilnya dalam edisi mendatang dari jurnal Neuron.

Jan Drugowitsch, seorang ilmuwan saraf di Ecole Normale Supérieure di Paris, setuju. "Ini membuat kasus yang sangat kuat bahwa otak benar-benar mencoba mengikuti strategi yang diuraikan di sini, " katanya. Tetapi bisakah pilihan yang lebih rumit, seperti ke mana harus pergi ke perguruan tinggi atau siapa yang akan dinikahi, dirubah menjadi strategi statistik sederhana?

"Kami tidak tahu bahwa tantangan yang dihadapi otak dalam memecahkan masalah besar persis sama dengan tantangan dalam keputusan yang lebih sederhana, " kata Joshua Gold, seorang ahli saraf di Fakultas Kedokteran Universitas Pennsylvania. "Saat ini dugaan murni bahwa mekanisme yang kita pelajari di lab mengandung keputusan tingkat yang lebih tinggi."

Otak Membuat Keputusan dengan Cara Alan Turing Kode yang Retak