Die technischen Anfänge von Künstlicher Intelligenz

Vom Flötenautomaten zur Dartmouth-Konferenz

Zwar wird der Beginn der künstlichen Intelligenz auf das Jahr 1956 beziffert, aber deren technische Ursprünge lassen sich weiter zurückverfolgen. Denn die Träume, einen Automaten mit menschlichen Eigenschaften zu erschaffen, beschäftigten die Menschen schon in früheren Jahrhunderten. Im 18. Jahrhundert etwa entwickelten Uhrmacher Androiden, mechanische Nachbildungen von Menschen. Der Franzose Jacques de Vaucanson (1709–1782) baute 1738 einen Flötenautomaten mit humanoiden Zügen. In den 1760er Jahren stellte Wolfgang von Kempelen den „Schachtürken“ vor, einen vermeintlich selbstständig agierenden Schachautomaten, der auch gegen bekannte Persönlichkeiten seiner Zeit antrat. Im Nachhinein stellte sich aber heraus, dass der Automat von einem kleinwüchsigen Menschen bedient wurde – ein Fakebot gewissermaßen. In den 1770er Jahren schließlich entwickelten Vater und Sohn Jaquet-Droz unter anderem einen Schreiber, der mit Tinte und Feder jeden beliebigen Text von bis zu 40 Buchstaben schreiben konnte. Der Automat ist programmierbar mit einem Speicher und kann als Frühform des Computers betrachtet werden – und er funktioniert noch immer.

Dass ausgerechnet ein Schachautomat schon in den 1700er Jahren als geistliche Übermaschine angesehen wurde, verwundert eigentlich kaum. Denn auch die ersten modernen künstliichen Intelligenzen waren Schachautomaten – das Spiel ist die Messlatte des westlichen Denksports. In der Frühphase der KI – der symbolischen Periode – war es die Simulation des menschlichen Denkens, das nachgebildet werden sollte. Und als einer der besonderen Erfolge wurde gefeiert, dass Schach-Großmeister Garri Kasparow 1996 gegen den Computer Deep Blue von IBM verlor. Aber auch die anderen Meisterleistungen künstliicher Intelligenz bestanden in der Simulation menschlicher Vermögen wie Sprache: Das Sprachprogramm ELIZA von Joseph Weizenbaum aus dem Jahr 1966 zum Beispiel oder das von 1972 an entwickelte Expertenprogramm Mycin, das medizinische Fragen beantwortet.

Bevor es aber soweit war, geschah Folgendes: 1943 bewiesen der Logiker Walter Pitts und der Neurophysiologe Warren McCulloch, dass Nervenzellen logische Operationen wie „oder“, „nicht“ oder „und“ und deren Kombinationen vollziehen können, wenn sie zu Netzwerken zusammengeschaltet werden. Dabei gäbe es nur die Optionen „an“ oder „aus“ und aktiv wurden sie erst, wenn der Input anderer Nervenzellen einen bestimmten Schwellenwert überschritt. Auf dieser Logik fußen alle bisherigen künstliichen neuronalen Netze.

Bis 1955 entwickelten die Wissenschaftler unter den Einflüssen der aufkeimenden Kybernetik und den Lehren von Alan Turing erste Computer und Prototypen neuraler Netze. Der Röhrencomputer Manchester Mark I entstand 1948/49 an der Universität in Manchester. Das erste neurale Netzwerk konstruierte Marvin Minsky 1951. SNARC (Stochastic Neural Analog Reinforcement Computer) war ein System aus Röhrentransistoren, das den schnellsten Weg durch ein Labyrinth finden konnte. Beflügelt durch die Entwicklungen beantragten die Wissenschaftler Forschungsgelder, um Möglichkeiten zu finden, "wie man Maschinen dazu bringt, zu sprechen, abstrakte Konzepte zu formen, alle möglichen Probleme zu lösen, die heute dem Menschen vorbehalten sind, und sich selbst dabei zu verbessern." Der Antrag führte zu dem Treffen 1956 in Dartmouth, das gemeinhin als Geburtsstunde der KI gesehen wird.

Von den 1950er bis Ende der 1960er Jahre entwickelten sich zwei Schulen der KI. Die symbolische und die neuronale, wobei die symbolische zunächst die Oberhand gewann und die bereits erwähnten Erfolge verzeichnete.

Das Computerprogramm ELIZA entwickelte Joseph Weizenbaum im Jahr 1966. Es ist ein Frage-und-Antwort-System, das auf einem eingespeicherten Wortschatz basiert, mit dem es auf Aussagen mit Fragen reagiert. Dadurch entstand eine Kommunikation zwischen Mensch und Computer über natürliche Sprache. Das Programm reagierte auf Schlagworte mit bestimmten Phrasen, die für Versuchspersonen zum Teil offenbar als menschlich eingestuft wurden. ELIZA konnte auf Sätze, die es nicht verarbeiten konnte, mit Ausweichphrasen reagieren. Weizenbaum wiederum war bestürzt, als er mitbekam, dass sein Programm Vorstellungen evozierte, Psychoanalyse könnte automatisiert werden.

Auch SHRDLU, ein 1972 von Terry Winograd entwickeltes Programm, reagierte auf gesprochene Sprache. Auf Anweisungen konnte es virtuelle Blöcke verschieben. Es war aber auch in der Lage, Wissen über seine virtuelle Welt anzulegen und dies bei der Aufgabenlösung zu beachten. Auch wenn das Wissen über die eigene Welt mit sehr wenig Vokabular auskommen musste, galt SHRDLU als sehr erfolgreiche Demonstration künstliicher Intelligenz.

Die frühen 1970er Jahre gelten aber auch als die Entstehungszeit von sogenannten Expertensystemen. Deren Ziel ist es, Expertenwissen so aufzubereiten, dass bei einer Abfrage das System zur Lösung des Problems mit fachmännischem Verhalten reagiert. Als Beispiel soll Mycin angeführt werden: Es gilt als erster Prototyp im Bereich der medizinischen Diagnose.

Mycin wurde seit 1972 an der Stanford University entwickelt, um bei der Diagnose und Therapie von Infektionskrankheiten durch Antibiotika zu helfen. Da Antibiotika zunehmend kritisch betrachtet wurden, wurden Methoden gesucht, die deren Anwendung auf das jeweilige Krankheitsbild optimieren sollten. Aufgrund der Komplexität des Problems wurde die Entwicklung von Mycin vorangetrieben. Auch wenn das Programm schließlich eine Trefferquote von 60 Prozent erlangte, kam es doch nie richtig zum Einsatz.

Während die symbolische KI also vielfältige Unterstützung bekam und Erfolge verzeichnete, hinkte die neurale KI etwas hinterher. Dabei hatte Frank Rosenblatt, damals am Cornell Aeronautical Laboratory in New York tätig, schon 1958 ein lernfähiges Netzwerk auf Grundlage des menschlichen Nervensystems entworfen. Es basierte auf einem Baustein, dem Perzeptron. In einem einfachen Perzeptronen-Netzwerk aktivieren nur wenige Eingabe-Neurone die entsprechenden Ausgabe-Neurone. Rosenblatt gründete sein System auf den Forschungsergebnissen von Walter Pitts und Warren McCulloch und ließ seine künstliichen Neuronen die „oder”-, „nicht“- oder „und“-Operation ausführen. In polemischen Debatten mit Vertretern der symbolischen KI konnte Rosenblatt nachweisen, dass die Beschränkung von einlagigen Perzeptronen durch mehrlagige gelöst werden können. In dieser sogenannten Feed-Forward-Architektur verlaufen die Informationen immer nur in eine Richtung. Dieses System wenden heute alle neuronalen Netze an. Dabei kommt die sogenannte Backpropagation zur Anwendung.

Diese Backpropagation entwickelte sich auf Grundlagen aus den 1960er Jahren. 1974 zeigt Paul Werbos die theoretischen Anwendungsmöglichkeiten für künstliiche neuronale Netze auf, 1982 setzt er sie in die Praxis um. Die Verfahren haben heute noch Gültigkeit. Für diese Form der Lernoptimierung bedarf es eines externen Lehrers, der die Verfahren überwacht. Fehler werden wieder zurück in das System eingespeist und können dort neu abgeglichen werden, wodurch das Erlernen stattfindet.

So ist ein weiter Weg beschritten worden: von der Simulation menschlichen Handelns von mechanischen Automaten, über die Simulation menschlichen Informationsaustauschs bis hin zur Nachbildung menschlicher Nervensysteme – oft verbunden mit dem Traum, der Automat könne den Menschen übertreffen.

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