Voivatko koneiden mielet opettaa meille jotain uutta siitä, mitä tarkoittaa olla ihminen? Laajemme monimutkaisesta alkuperästä ja evoluutiosta johtuvan monimutkaisen tarinan suhteen näyttää siltä, että he voivat.
Äskettäisessä tutkimuksessa käytettiin koneoppimistekniikkaa kahdeksan johtavan ihmisen alkuperän ja evoluution mallin analysointiin. Ohjelmassa tunnistettiin todisteet ihmisen perimässä esiintyneiden "aavepopulaation" ihmisgenomista. Analyysi viittaa siihen, että aikaisemmin tuntematon ja pitkään sukupuuttoon kuollut homiinien ryhmä haastautui Homo sapienin kanssa Aasiassa ja Oseaniassa jossain ihmisen evoluutiohistorian pitkän, mutkittelevan tietä pitkin, jättäen jälkeensä vain pirstoutuneet jäljet nykyajan ihmisen DNA: han.
Nature Communications -julkaisussa julkaistu tutkimus on yksi ensimmäisistä esimerkkeistä siitä, kuinka koneoppiminen voi auttaa paljastamaan vihjeitä omaperäisyydellemme. Tutkimalla läpi kivettyneisiin luihin jääneen valtavan määrän genomitietoja ja vertaamalla sitä DNA: hon nykyajan ihmisissä, tutkijat voivat alkaa korjata joitain lajeidemme evoluutiohistorian aukkoja.
Tässä tapauksessa tulokset näyttävät vastaavan paleoantropologisia teorioita, jotka on kehitetty tutkimalla maaperästä löytyviä ihmisen esi-fossiileja. Uudet tiedot viittaavat siihen, että salaperäinen hominin syntyi todennäköisesti Neanderthalien ja Denisovanien sekoituksesta (jotka yksilöitiin yksilöllisiksi lajeiksi ihmisen sukupuussa vain vuonna 2010). Tällainen laji evoluutiohistoriassamme näyttäisi paljon siltä kuin 90 000-vuotiaan teini-ikäisen tytön fossiilit Siperian Denisova-luolasta. Hänen jäänteensä kuvailtiin viime kesänä ainoaksi tunnetuksi esimerkiksi kahden lajin välisestä ensimmäisen sukupolven hybrideistä, joissa oli neandertalainen äiti ja Denisovan-isä.
"Se on täsmälleen sellainen henkilö, jonka odotamme löytävän tämän väestön alkuperältä, mutta sen ei pitäisi olla vain yksi yksilö, vaan koko väestö", sanoo tutkimuksen avustaja Jaume Bertranpetit, evoluutiobiologi Barcelonan Pompeu Fabra -yliopistossa.
Varhaisten ihmisten kyky sopeutua muuttuviin olosuhteisiin mahdollisti viimeisimpien Homo- lajien muutoksen, selviämisen ja leviämisen Afrikasta Euraasiaan 1, 85 miljoonaa vuotta sitten. (Kuva: Antón, Potts ja Aiello (2014), Science 345 (6192)) Aikaisemmat ihmisgenomitutkimukset ovat paljastaneet, että nykyaikaisten ihmisten lähdettyä Afrikasta, ehkä 180 000 vuotta sitten, he hautasivat myöhemmin lajeihin, kuten Neanderthals ja Denisovans, jotka olivat samanaikaisesti olemassa varhaisten nykyaikaisten ihmisten kanssa ennen sukupuuttoon kuolemista. Mutta sukupuumme uudelleen piirtäminen sisällyttämään nämä erilliset oksat on ollut vaikeaa. "Kummituslajeja" koskevia todisteita voi olla vähän, ja monia kilpailevia teorioita on olemassa selittämään, milloin, missä ja kuinka usein Homo sapiens on hautannut muiden lajien kanssa.
Näiden muinaisten lajien välisten yhteyksien jäljet, joita kutsutaan introgressioiksi, voidaan tunnistaa erogeenisiksi paikoiksi ihmisgenomissa. Tutkijat havaitsevat enemmän eroa kahden kromosomin välillä kuin voisit olettaa, jos molemmat kromosomit ovat peräisin samasta ihmislajista. Kun tutkijat sekvensoivat neandertallaisten genomin vuonna 2010, he ymmärsivät, että jotkut näistä eroista edustivat genomimme fraktioita, jotka tulivat neandertallasista. Tutkimukset ovat myös paljastaneet, että jotkut elävät ihmiset voivat jäljittää jopa 5 prosenttia esi-isistään Denisovansiin.
"Joten ajattelimme, että yrittäisimme löytää nämä genomin suuret erottelupaikat, nähdä ne, jotka ovat neandertallaisia ja mitkä Denisovan, ja katsoa sitten selittävätkö nämä koko kuvan", Bertranpetit sanoo. "Kuten tapahtuu, jos vähennä neandertallas ja Denisovan-osat, genomissa on edelleen jotain, joka on hyvin erilainen."
Genomin monien erilaisten kohtien tunnistaminen ja analysointi ja lukemattomien geneettisten yhdistelmien laskeminen, jotka olisivat voinut tuottaa ne, on liian suuri tehtävä ihmisille, jotta ne voivat puuttua yksinään, mutta se on tehtävä, joka voidaan räätälöidä syvän oppimisen algoritmeille.
Syväoppiminen on keinotekoisen älyn tyyppi, jossa algoritmit on suunniteltu toimimaan keinotekoisena hermoverkkona tai ohjelmana, joka voi käsitellä tietoja samalla tavalla kuin nisäkkään aivot tekisivät. Nämä koneoppimisjärjestelmät voivat havaita malleja ja ottaa huomioon aiemman tiedon "oppimisen", jolloin ne voivat suorittaa uusia tehtäviä tai etsiä uutta tietoa analysoituaan valtavan määrän tietoja. (Yleinen esimerkki on Google DeepMindin AlphaZero, joka voi opettaa itse hallitsemaan lautapelejä.)
”Syväoppiminen sopii monimutkaisemman muodon asiaan joukkoon pisteitä suuremmassa tilassa”, sanoo Temple Universityn evoluutiogenomiikan asiantuntija Joshua Schraiber. "Sen sijaan, että sovittaisit linjan Y: n ja X: n välille, sovitat jonkin selkeämmän pisteen joukkoon pisteitä paljon isommassa, tuhannen ulottuvuuden tilassa. Syväoppiminen sanoo: "En tiedä minkä oikallisen muodon tulisi sopia näihin pisteisiin, mutta katsotaanpa mitä tapahtuu." "
Tässä tapauksessa koneet asetettiin työskentelemään analysoimaan ihmisen perimää ja ennustamaan ihmisen väestötietoja simuloimalla, kuinka DNA :amme on voinut kehittyä monien tuhansien muinaisen evoluution mahdollisten skenaarioiden yli. Ohjelma otti huomioon DNA: n rakenteen ja kehityksen sekä mallit ihmisen muuttoliikkeistä ja risteytyksistä yrittääkseen sovittaa jotkut kappaleet uskomattoman monimutkaiseen palapeliin.
Tutkijat kouluttivat tietokoneen analysoimaan kahdeksan erilaista mallia ihmisten varhaisen evoluution todennäköisimmistä teorioista Euraasian alueella. Mallit tulivat aikaisemmista tutkimuksista, joissa yritettiin keksiä skenaario, joka johtaisi nykyiseen kuvaan ihmisen genomista, mukaan lukien sen tunnetut Neanderthal ja Denisovan-komponentit.
"Tietenkin voi olla muita malleja, mutta nämä mallit ovat niitä, joita muut ihmiset ovat ehdottaneet tieteellisessä kirjallisuudessa", Bertranpetit sanoo. Jokainen malli alkaa hyväksytystä Afrikan ulkopuolelta tapahtuvasta tapahtumasta, ja siinä on sitten erilainen joukko todennäköisimpiä halkeamia ihmisen sukupolvien välillä, mukaan lukien erilaiset risteytykset molempien tunnettujen lajien ja mahdollisten "aave" -lajien kanssa.
Ihmiset, tai Homo sapiens, ovat syntyneet monimutkaisesta pystyssä kävelevien esi-isien puusta, mukaan lukien lajit Ardipithecus, Australopithecus ja Paranthropus . (Smithsonianin ihmisen alkuperäohjelma) "Jokaisen näiden kahdeksan mallin avulla laskemme viikkojen laskelmien perusteella, kuinka hyvin ne pystyvät saavuttamaan ihmisen todellisen, nykyisen geneettisen koostumuksen", Bertranpetit sanoo. "Joka kerta kun teemme simulaation, se on simulaatio ihmisen mahdollisesta evoluutiopolusta. Olemme simulaatioita suorittaneet tuhansia kertoja, ja syvän oppimisen algoritmit kykenevät tunnistamaan, mitkä mallit sopivat parhaiten tietoihin."
Koneen johtopäätös? Esivanhempi laji on läsnä linjassamme, joka meidän ei ole vielä tunnisteta. "Ylivoimaisesti ainoat testatut mallit, joita tiedot todella tukevat, ovat ne, joissa tämä aavepopulaatio on tunkeutunut", Bertranpetit sanoo.
Kiehtova tutkimus ja muut sen kaltaiset tutkimukset voivat auttaa piirtämään karttaa siitä, kuinka ihmiset muuttivat ja kehittyivät, vaikka se näyttää olevan entistä monimutkaisempi muinainen maailma Euraasiassa ja Oseaniassa.
"Se on varmasti mielenkiintoinen ja sopusoinnussa ihmisen evoluutiossa syntyvän monimutkaisen himoittuneen fylogenian kuvan kanssa", Pennsylvanian yliopiston populaatigeneetikko Iain Mathieson sanoo sähköpostitse. "En ole edes varma, että on järkevää puhua" introgression tapahtumista ", kun se näyttää olevan normi." Itse asiassa koska vain kahdeksan mallia testattiin ja monet muut olivat mahdollisia, Mathieson lisää, että uudet havainnot ovat " varmasti uskottava skenaario, mutta todellisuus on todennäköisesti vielä monimutkaisempi. ”
Koska kentälle tehdään uusia fossiilisia löytöjä, päivitetyt mallit voidaan nyt testata ihmisen perimää vastaan tämän tyyppisillä ohjelmilla. Schraiberin mukaan syvän oppimisen voima ihmisen alkuperän tutkimisessa on juuri sen kyvyssä analysoida monimutkaisia malleja.
"Jos haluat tehdä erittäin yksityiskohtaisen mallin, koska olet antropologi, ja haluat tietää, tapahtuiko tämä tunkeutuminen 80 000 vuotta tai 40 000 vuotta sitten, se on tällaisen syvän oppimisen lähestymistavan voima."
Muodoltaan sellaisenaan muinaisen Euraasian risteytykset ovat edelleen vain yksi osa ihmisen tarinaamme. Bertranpetit uskoo, että syvällisen oppimisen tuleva kehitys voi auttaa paljastamaan uusia uusia lukuja.
"Tällaisella analyysimenetelmällä tulee olemaan kaikenlaisia uusia tuloksia", hän sanoo. ”Olen varma, että Afrikassa työskentelevät ihmiset löytävät sukupuuttoon kuolleet ryhmät, joita ei vielä tunneta. Epäilemättä Afrikka näyttää tulevaisuudessa meille yllättäviä asioita. ”
