โครงข่ายประสาทเทียม

      เวลาที่เราดูภาพยนตร์ที่เกี่ยวกับโลกในอนาคตโดยเฉพาะในยุคอวกาศเรามักจะเห็นคอมพิวเตอร์เข้ามามีบทบาทเหมือนมนุษย์ มีทั้งเรื่องของคอมพิวเตอร์ที่เป็นหุ่นยนต์ซึ่งทำงานได้เหมือนมนุษย์ ภาพยนตร์บางเรื่องก็สร้างให้คอมพิวเตอร์สามารถคิดเองได้เช่นเดียวกับมนุษย์  แต่ในความเป็นจริงในปลายศตวรรษที่ ๒๐ คอมพิวเตอร์ยังไม่มีความสามารถเหนือมนุษย์เหมือนในภาพยนตร์ การเขียนชุดคำสั่งง่าย ๆ สามารถสั่งคอมพิวเตอร์ให้คำนวณเลขได้เร็วกว่ามนุษย์เป็นล้านเท่า แต่การจะเขียนคำสั่งให้คอมพิวเตอร์อ่านหนังสือออกฟังภาษามนุษย์ได้เข้าใจพูดคุยกับมนุษย์ได้และจำหน้ามนุษย์ได้นั้นกลับกลายเป็นเรื่องที่ยากมาก ๆ ทั้งที่เรื่องเหล่านี้เป็นเรื่องที่ง่ายมากสำหรับมนุษย์  ตั้งแต่เริ่มมีคอมพิวเตอร์นักวิจัยด้านคอมพิวเตอร์ทั่วโลกก็ได้พยายามทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้คล้ายมนุษย์มาเป็นเวลาหลายสิบปีแล้ว แนวทางหนึ่ง คือ การทำให้คอมพิวเตอร์จำลองการทำงานของสมองของมนุษย์

      สมองของมนุษย์ประกอบด้วยโครงข่ายประสาทซึ่งมีเซลล์ประสาทหลายแสนล้านเซลล์ที่สื่อสารกันและทำงานขนานกันไป การสร้างโครงข่ายประสาทเทียมสำหรับคอมพิวเตอร์ไม่ใช่การสร้างชิ้นส่วนของคอมพิวเตอร์นับแสนล้านชิ้นที่รูปร่างเหมือนเซลล์สมองของมนุษย์แต่เป็นการสร้างคอมพิวเตอร์ที่จำลองเอาวิธีการทำงานของสมองมาใช้หรืออาจเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์รู้จักคิดและจดจำในแนวเดียวกับโครงข่ายประสาทของมนุษย์

      โครงข่ายประสาทเทียมถูกนำไปใช้เพื่อช่วยคอมพิวเตอร์ฟังภาษามนุษย์ได้เข้าใจอ่านหนังสือออก ฯลฯ แต่คอมพิวเตอร์ที่มีโครงข่ายประสาทเทียมก็ยังไม่มีความสามารถรอบรู้จนกว่าจะได้รับการสอนเช่นเดียวกับการสอนเด็กอนุบาลให้รู้จัก ก ไก่ ข ไข่ วิธีการสอนคอมพิวเตอร์ก็คล้าย ๆ กับการสอนมนุษย์ซึ่งมีอยู่ ๒ แบบ คือ แบบมีผู้สอนและแบบไม่มีผู้สอน การสอนแบบมีผู้สอนนั้นสมมติว่า ถ้าจะสอนให้เด็กรู้จักตุ๊กตาเราอาจจะหยิบตุ๊กตาให้เด็กดูแล้วบอกว่านี่เรียกว่าตุ๊กตา เมื่อเด็กเห็นตุ๊กตาแบบต่าง ๆ หลาย ๆ ครั้ง เด็กก็จะจำได้ว่าสิ่งของลักษณะนี้เรียกว่า ตุ๊กตา ทำนองเดียวกันถ้าเราจะสอนให้คอมพิวเตอร์รู้จักของเล่นแบบต่าง ๆ เราอาจจะป้อนรูปของเล่นต่าง ๆ เข้าคอมพิวเตอร์พร้อมบอกกำกับไปด้วยว่านี่คือตุ๊กตานะ นี่คือลูกบอลนะ ฯลฯ จนโครงข่ายประสาทเทียมในคอมพิวเตอร์สามารถจดจำลักษณะคล้าย ๆ กันของของเล่นประเภทเดียวกันได้ เมื่อได้เห็นตุ๊กตาตัวใหม่ที่มีแบบต่างไปจากที่เคยเห็นก็ยังสามารถบอกได้ว่านี่คือตุ๊กตา

      การสอนแบบไม่มีผู้สอนนั้นสมมติว่าเราจะให้เด็กเรียนรู้เกี่ยวกับของเล่นแบบต่าง ๆ ด้วยตัวเอง เราก็อาจเอาของเล่นมากองรวมกันแล้วให้เด็กลองเล่นหลังจากนั้นให้เด็กเก็บของเล่นแยกออกเป็นกล่อง ๆ โดยเก็บของเล่นแบบเดียวกันเข้ากล่องเดียวกัน สำหรับวิธีนี้ถ้ามีของเล่นมากพอเด็กก็จะรู้จักแยกของเล่นประเภทต่าง ๆ ได้เอง เช่นเดียวกันถ้าเราจะสอนให้คอมพิวเตอร์รู้จักของเล่นแบบต่าง ๆ เราอาจจะป้อนวิดีโอของเล่นต่าง ๆ เข้าคอมพิวเตอร์โดยไม่บอกรายละเอียด โครงข่ายประสาทเทียมก็จะแยกประเภทของเล่นเองและทำความเข้าใจว่าของเล่นแต่ละประเภทมีลักษณะที่เหมือนหรือต่างกันอย่างไร

      ปัจจุบันการสอนให้เด็กรู้จักของเล่นเป็นเรื่องที่ง่ายมากแต่การสอนให้คอมพิวเตอร์ที่ใช้โครงข่ายประสาทเทียมรู้จักของเล่นยังเป็นเรื่องที่ยากมาก  นักวิจัยในประเทศไทยกำลังทดลองใช้โครงข่ายประสาทเทียมในการสอนให้คอมพิวเตอร์รู้จักพยัญชนะและสระไทย เช่น ก ให้คอมพิวเตอร์สามารถจำได้และบอกได้ว่านี่คือ ก แม้จะใช้ตัวพิมพ์แบบต่าง ๆ กันและไม่เข้าใจผิดว่า ก เป็น ภ หรือ ถ และสอนให้คอมพิวเตอร์ฟังคำต่าง ๆ แล้วสามารถแยกแยะได้ว่าเป็นคำว่าอะไร เช่น ถ้าได้ยิน "เก้า"  ก็สะกดด้วยเลข ๙ ไม่สะกดผิดเป็นคำที่เสียงคล้ายกันอย่าง "เก่า" หรือ "เกา"และต้องใช้วิธีการสอน อย่างไรคอมพิวเตอร์จึงจะสามารถแยกความหมายของคำที่ออกเสียงเหมือนกัน เช่น "เก้า" กับ "ก้าว" ได้หรือฟัง "เดินสิบก้าว" แล้วไม่สะกดเป็น "เดิน ๑๙" หรือฟัง "๙ บาท" แล้วไม่สะกดเป็น "ก้าวบาท"

      ในทศวรรษนี้คอมพิวเตอร์ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อการประมวลผลข้อมูลและสารสนเทศ  คอมพิวเตอร์สามารถที่จะทำงานตามขั้นตอนของคำสั่งได้อย่างรวดเร็วและเที่ยงตรงอย่างไรก็ตามมนุษย์ก็ยังไม่สามารถทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานบางอย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่าสมองของสิ่งมีชีวิต เช่น การเข้าใจคำพูด การรู้จำใบหน้าของมนุษย์ เป็นต้น สิ่งที่น่าสนใจคือ แต่ละเซลล์ประสาทของสมองของสิ่งมีชีวิตนั้นทำงานช้ากว่าหน่วยเชิงตรรภ (Logic unit) ของดิจิทัลคอมพิวเตอร์เป็นล้าน ๆ เท่า แต่สิ่งมีชีวิตก็ยังมีความสามารถในการทำงานหลายอย่างซึ่งถือว่าซับซ้อนมากสำหรับคอมพิวเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงกว่าคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลก ความสามารถที่แตกต่างกันนี้มีรากฐานมาจากความจริงที่ว่าลักษณะของการประมวลผลในระบบประสาทนั้น เป็นคนละรูปแบบกับวิธีการที่ใช้ในดิจิทัลคอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบัน

      การพัฒนาคอมพิวเตอร์ไปสู่ระบบประมวลผลชนิดใหม่ซึ่งสามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลได้ในฉับพลัน ตลอดจนมีความสามารถในการเรียนรู้และคิดได้ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็น "สมองกล" อย่างแท้จริงจึงเป็นเป้าหมายสำคัญ  เป้าหมายหนึ่งของวงการวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันแนวทางหนึ่งซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังให้ความสนใจอยู่เป็นอย่างมาก  คือ การพยายามศึกษาและเลียนแบบประมวลผลของสมองสิ่งมีชีวิต โดยมุ่งเน้นว่าระบบประมวลผลที่ได้จะมี "ปัญญา" (Intelligence) ในลักษณะเดียวกับสิ่งมีชีวิต ระบบประมวลผลดังกล่าวคือ "โครงข่ายประสาทเทียม" (Artificial Neural Networks)  ดร. รอเบิร์ต เฮชต์-นิลเซน (Dr. Robert Hecht-Nielsen) ซึ่งเป็นผู้ประดิษฐ์คอมพิวเตอร์เชิงปัญญา (newrocomputer) เครื่องแรก ๆ ของโลกได้ให้คำจำกัดความโครงข่ายประสาทเทียมไว้ว่า "ระบบการคำนวณชนิดหนึ่งซึ่งสร้างขึ้นจากหน่วยประมวลผลอย่างง่ายจำนวนมากที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันอย่างหนาแน่นและประมวลผลสารสนเทศโดยการตอบสนองต่อข้อมูลจากภายนอกในสถานะที่ไม่คงตัว" [ จากบทความเรื่อง Neural Network Primer : Part 1 โดย Maureen Candill วารสาร AI Expert เดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๘๙ ]

      โครงข่ายประสาทเทียม คือ โครงสร้างของหน่วยประเมินผล (ซึ่งอาจหมายถึงมอดูลซอฟต์แวร์ ซึ่งระบุขั้นตอนการทำงานในลักษณะของโปรแกรมคอมพิวเตอร์หรือเป็นอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ก็ได้) จำนวนมากที่ถูกจำลองขึ้นมาอย่างคร่าว ๆ ตามอย่างโครงสร้างของระบบประสาทของสมองส่วนซีรีบรัลคอร์เทกซ์ (cerebral cortex) ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแต่จะมีขนาดที่เล็กกว่ามาก โครงข่ายประสาทเทียมขนาดใหญ่อาจมีจำนวนหน่วยประมวลผลได้เป็นหลายร้อยหลายพันหน่วยในขณะที่สมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเซลล์ประสาทนับเป็นพัน ๆ ล้านเซลล์ การสร้างแบบจำลองของโครงข่ายประสาทขึ้นมาเป็นโครงข่ายประสาทเทียมนั้นทำได้โดยการพยายามทำความเข้าใจกับกระบวนการทำงานของสมองแล้วพยายามอธิบายการทำงานนั้นด้วยแบบจำลองเชิงคณิตศาสตร์จากนั้นจึงออกแบบระบบคอมพิวเตอร์หรือเขียนโปรแกมคอมพิวเตอร์ที่จะทำงานตามแบบจำลองเชิงคณิตศาสตร์ที่ได้