Aivot Darwinin insinööritoimistosta

Usein ajatellaan, että suuret aivot tarjoavat eloonjäämisedun, ja ihmiskunnan menestys eläinkunnan muiden lajien joukossa johtuu tehokkaista aivoista. Asiassa voi olla perää, mutta etu ei välttämättä ole niin merkittävä kuin ajatellaan. Aivojen koon kasvaminen ei välttämättä ole evoluution johtoajatus, vaan ehkä sittenkin toisarvoinen ilmiö, jonka takana on muita tekijöitä. Vai olisiko sittenkin toisin? Tuottaako evoluutio jatkuessaan yhä älykkäämpiä lajeja?

Jotta tähän voisi vastata, pitäisi ehkä koko älykkyyden käsite määritellä uudelleen, sellaisella tavalla, joka olisi riippumaton ihmisnäkökulmasta. Tuntuu vaikealta. Otetaanpa hieman toinen tarkastelukulma. Ajatellaan evoluutiota ja luonnonvalintaa insinöörinä, jonka tehtävä on suunnitella uusia lajeja, ja pohditaan erityisesti, miten suunnitella mahdollisimman tehokkaat aivot. Rajoitamme myös insinöörimme toimintavapautta. Hän ei voi tehdä radikaaleja teknologian päivityksiä, vaan on tultava toimeen sillä teknologialla, jonka evoluutio on jo tuottanut. Insinöörimme metodina on oltava vähittäinen muuntelu ja skaalaus.

Mutta aluksi pieni vilkaisu selkärankaisten keskushermostoteknologiaan. Sopikaamme, että aivojen suorituskyky riippuu kahdesta asiasta: rakenteiden monimutkaisuudesta ja hermoston toimintanopeudesta. Aivot koostuvat hermosoluista, jotka ovat mutkikkaasti kytkeytyneet toisiinsa. Hermosolut toimivat tuottamalla hermoimpulsseja. Ne siis tikittävät jatkuvasti, kukin solu synnyttää muutamasta impulssista aina satoihin impulsseihin sekunnissa. Impulssien tuottaminen vaatii energiaa. Aivojemme miljardit solut käyttävät sitä paljon, noin 20% koko elimistön tuottamasta energiasta, ja lopulta se muuttuu lämmöksi. Vilkas verenkierto tuo aivosoluille ravintoa, ja jäähdyttää ne samalla. Vastoin yleistä luuloa ajatteluksi kutsumamme toiminta ei kuormita aivoja paljoakaan. Aivot tikittävät jatkuvasti melko suurella teholla, jopa nukkuessamme. Koko elämämme ajan.

Aivoja kehittävän insinöörimme ilmeinen strategia on saada aivoihin enemmän soluja, eli kasvattaa aivojen kokoa. Aivot on herkkä elin, ja tarvitsee hyvän suojan, eli kovan kallon ja nesteiskunvaimennuksen. Aivojen koon kehitys onkin sidoksissa pään koon kasvattamiseen. Yleisesti ainakin nisäkkäille näyttää pätevän sääntö: mitä isompi eläin, sitä suurempi pää ja suuremmat aivot. Ja näyttää myös siltä, että suuret eläimet ovat älykkäämpiä kuin pienet. Mutta norsu ei kuitenkaan ole ihmistä fiksumpi. Ehkä yhteys ei olekaan täysin mekaaninen.

Tässä kohdataankin insinöörityölle hyvin tyypillinen ilmiö. Tietyn hyväksi havaitun suunnitteluperiaatteen noudattaminen ei välttämättä pitkän päälle johda toivottuun lopputulokseen. Usein tällaisella periaatteella on vain tietty vaikutusalue. Ihmisen aivojen koko saattaa olla lähellä optimia, norsun tai valaan aivot ovat jo liian suuret ollakseen tehokkaat. Mistä se johtuu?

Kun aivojen koko kasvaa, myös solujen väliset hermoyhteydet pidentyvät. Ovathan solut keskimäärin kauempana toisistaan. Hermoista tulee myös paksumpia. Tarvitaan suurempia hermosoluja tuottamaan riittävän vahvoja impulsseja, jolloin solutiheys pienenee ja energian kulutus kasvaa. Ja signaalien kulkuaika kasvaa joka tapauksessa, eli aivot hidastuvat. Aivojen kehityspolku on yrittänyt kompensoida tilannetta keskittämällä toimintoja eriytyneisiin keskuksiin, mutta luultavasti myös siitä koituu toiminnallisia ongelmia.

Eläinten käyttäytymisen tutkijoiden havainnot vahvistavat, että aivojen koon ja älykkyyden yhteys ei ole suoraviivainen. Pienet eläimet, kuten rotat ja linnut, voivat olla yllättävän älykkäitä. Vaikka pienissä aivoissa on vähemmän hermosoluja, ne toimivat tavattoman paljon nopeammin, mikä pienentää eroa.

Näyttää siis siltä, että ihmisen aivojen suorituskyky on lähes paras mahdollinen. Ja kannattaa huomata, että Darwinin laboratoriossa radikaalit tekniset innovaatiot on kielletty. Esimerkiksi rakenteeltaan samankaltaiset mutta sähköisesti toimivat aivot olisivat jopa miljoonia kertoja tehokkaammat. Mutta evoluution työkalupakissa ei ole mitään sen tapaistakaan.*)

Väite ihmisen ylivertaisesta älykkyydestä ansaitsee vielä yhden kriittisen huomautuksen. Ihminen oli pitkään vain eräs levinneisyydeltään rajoittunut ja yksilömäärältään vähäinen laji. Hyvin marginaalinen tapaus muiden lajien joukossa. Itse asiassa koko laji oli tuhoutua kokonaan, ja moneen kertaan. Tehokkaat aivot eivät näytä tarjonneet kerrassaan mitään eloonjäämisetua niiden vajaan kahdensadantuhannen vuoden aikana, jona nykyisen kaltainen ihminen eli ja vaikutti. Monet sen aikaiset ihmisapinalajit pärjäilivät paljon paremmin.

Ja sitten tapahtui jotain tavatonta. Ihmisestä tuli hyvin nopeasti planeetan mahtilaji. Ja tähän tavattomaan muutokseen on oikeastaan tarjolla vain yksi selitys. Jonkinlaisena aivojen kapasiteetin satunnaisena sivutuotteena syntyi kulttuuri, ja se sai alkunsa, kun syntyi kieli, piirustustaito ja kirjoitustaito. Kulttuurin avulla ihminen pystyi ylittämään lyhyen elinikänsä ja suppean perhe- ja heimoyhteisönsä rajat.

Voidaan vetää vastaansanomaton johtopäätös, jonka kauaskantoisuutta ei mielestäni vieläkään oikein ymmärretä. Yksilön älykkyyden merkitys on suuresti yliarvioitu. Ja kulttuurin merkitys on suuresti aliarvioitu.


*)  Hermoimpulssin tuottaminen aivoissa vie noin viisi tuhannesosasekuntia. Elektroniikan mikropiirien logiikkaelinten toiminta-aika on parhaimmillaan jo alle sekunnin miljardisosa.  Hermoimpulssit perustuvat solukalvon ioniläpäisevyyden äkilliseen muutokseen. Se ei etene sähkön nopeudella, vaikka näkyykin ulospäin jänniteheilahduksena. Hermoimpulssin etenemisnopeus hermosäikeessä on 10 - 100 metriä sekunnissa. Mikropiirin johtimessa signaali etenee yli 200 miljoonaa metriä sekunnissa. Aivojen toimintamekanismi on erilainen kuin tietokoneilla - aivoissa ei ole keskitettyä muistia, ei kekusyksikköä, ei keskitettyjä tietoväyliä eikä yhteistä kellosignaalia. Elektroniikassa tällainen rakenne tunnetaan myös: asynkroninen logiikka. Toistaiseksi sen sovaltaminen on vähäistä, siitä ei ole tullut tekniikan valtavirtaa.

(kirjoitus sai herätteen Douglas Foxin artikkelista, Tiede 2 / 2012)

Kekseliäisyys ja uteliaisuus tieteessä nousee erimielisyydestä

Ihminen on uskomattoman kekseliäs, mutta ei niinkään yksilönä, vaan yhteisönä, ja prosessoidessaan erilaisia ja ristiriitaisia käsityksiä. Tämä on syytä pitää mielessä, ja erityisesti niiden, jotka suhtautuvat kriittisesti tieteelliseen tietoon. Myös tieteen rahoittajien on syytä pitää mielessä, että konsensus ei vie tiedettä eteenpäin, vaan kiistat ja kriisit.

Parasta – taas kerran – tarkastella asiaa historian kautta. Luonnontiede hioi metodisen miekkansa teräväksi kamppaillessaan tieteen vastustajien, konservatiivien ja kirkon kanssa. On myös hämmästyttävää, miten vähäisistä aineksista tiedeyhteisö pystyi luomaan teorioita, jotka vähitellen voimistuivat ja saivat lopulta vakuuttavan varmistuksen. Olen kertonut, kuinka tiede ei suinkaan pystynyt todentamaan aurinkokeskeistä maailmankuvaa tähtitieteen havainnoilla 1600-luvulla, vaan vasta 1800-luvun puolessa välissä. Kopernikaanisen maailmankuvan läpimurto 1600-luvun lopussa oli seurausta hyvin epävarmoista vihjeistä ja teorian loogis-matemaattisesta selkeydestä. Olen myös muissa kirjoituksissa esittänyt, kuinka evoluutio vakiintui käsitteenä päätelmien kautta, ennen kuin sen mekanismit todennettiin molekyylikemian tasolla.

Kysymys maailman iästä osoittaa, kuinka vastustajien argumentit stimuloivat tieteellistä pohdintaa. On nimittäin varsin ilmeistä, että perinteisin käsitys maailmasta on staattinen: maailma on ikuinen ja muuttumaton. Käsitystä on myös helppo puolustaa, koska muutos on välittömien aistiemme ja lyhyen elinikämme takia mahdoton havaita. Mutta teologien käsitys maailman äkillisestä luomisesta ja jopa eräiden teologien maailmalle laskema noin 8000 vuoden ikä oli häiritsevä. Voidaanko se todentaa tieteen keinoin? Vai voidaanko se kiistää? Ja mistä lähteä liikkeelle?

Eräs lähtökohta on, että heti maailman luomisen jälkeen maailma oli hyvin kuuma, sulassa tilassa. Pursuaahan sulaa sisustaa edelleenkin esiin tulivuorista! Isaac Newton (1623-1727) todella laski, miten kauan kestäisi maapallon jäähtyminen sulasta tilasta nykyiseen lämpötilaan. Hän sai tulokseksi 50000 vuotta! Maailman ikä piteni heti kertaluvulla.

Buffonin markiisi (George Louis de Buffon) halusi selvittää asiaa kokeellisesti. Hän mittasi erikokoisten rautapallojen jäähtymistä, ja ekstrapoloi tulokset maapallon kokoiselle pallolle. Hän päätteli iäksi 75000 vuotta (Epochs of Nature (1774). Vielä 1800-luvulla lordi Kelvin teki omat jäähtymislaskelmansa, ja nyt tulos oli taas paljon suurempi – ja siis tietyssä mielessä tarkempi - eli 20-40 miljoonaa vuotta.

Nykyisin tiedämme, että myös tämä laskelma oli virheellinen. Tai, laskelma oli varmaan tehty oikein, mutta sen teoreettinen viitekehys oli väärä, eli liian yksinkertainen. Se ei ottanut huomioon, että maapallon valtavan koon takia lämpö siirtyy sisuksista pinnalle hyvin hitaasti. Itse asiassa maapallon muutaman kymmenen kilometrin paksuinen kuori eristää meidät tehokkaasti kuumasta sisuksesta. Kelvin ei myöskään tiennyt, että maaperän radioaktiiviset isotoopit kuumentavat maapalloa jatkuvasti.

Geologeille ja evoluutiotutkijoille Kelvinin laskema ikäkin oli aivan liian lyhyt. Geologit arvioivat, kuinka kauan kestää sedimentoituneen vuoriston muodostuminen, tai millä nopeudella eroosio syö vuoria. Charles Darwin arveli, että ne geologiset prosessit, joiden tulokset ovat näkyvissä Walesin kambrisessa vuoristossa, ovat vaatineet ainakin 300 miljoonaa vuotta, ja pian geologi John Goodchild pidensi ajan 700 miljoonaan vuoteen. Se onkin suuruusluokaltaan oikea lukema kambrisille vuoristoille.

Paremmat arviot maapallon iästä saivat sitten odottaa radioaktiivisuuden keksimistä. Isotooppiajoitus pidensi maapallon ikää vielä kertaluokalla. Koko maailmankaikkeuden ikä tuntui sen sijaan olevan mielikuvituksen ja mittausten ulottumattomissa. Kunnes tähtitieteilijä Edvin Hubble havaitsi punasiirtymän 1920-luvulla, ja kosminen taustasäteily löytyi 1960 - luvulla.

Maailmankaikkeudelle saatiin ajallinen alkupiste. Aiheellinen epäluulo luomiskertomusta kohtaan oli synnyttänyt lopulta modernin ja havainnoin varmennetun kosmologian.

Kanerva-paradoksi, lahjontaparadoksi ja johtajaparadoksi

Tuli kuultua radiosta Ilkka Kanervan haastattelu. Se oli piinallinen ja varsin paljastava. Kanerva pitää itseään hyvin tärkeänä ja vaikutusvaltaisena henkilönä. Niinpä Kanervalle järjestetyt häpeämättömästä imartelusta koostuneet syntymäpäiväkekkerit (joita Kanervan mukaan ei sellaisiksi saa sanoa) menivät varmaan ainakin yhdelle ihmiselle suoraan sydämeen. Kanerva on myös ammattitaitoinen. Hän katsoi haastattelussa olevansa poliittisen vaikuttamisen asiantuntija, ehkä yksi Suomen parhaista. 

Hyvä niin. Mutta mitä ihmettä tapahtuikaan, kun haastattelija käänsi puheen lahjustuomioon. Koko komeus katosi maan rakoon, ja Kanerva suorastaan parahti: ”Enhän minä millään voi niihin asioihin vaikuttaa”. Tämä paradoksaalinen, tervettä järkeä uhmannut haastattelu on toki ymmärrettävissä. Olen taipuva uskomaan, ettei Kanerva sisimmässään koe tehneensä väärin. Hän on tunneihminen, ja tunne puhuu ihmiselle totuuden kieltä. Ja oikeastaan vielä tarkemmin sanottuna: myös looginen ajattelu on tunneajattelua. Siksi se tuntuu aivan samalta kuin ei-niin-looginen ajattelu. Moderni kokeellinen käyttäytymistiede on vahvistanut asian monin eri tavoin. 

Niinpä niin. Suomessa lahjonta on kohusta huolimatta satunnaista. On myös vallalla käsitys, että pelkkä lahjoman tai muun edun vastaanottaminen ei riitä osoitukseksi korruptiosta. Pitäisi myös osoittaa, että lahjonta on vaikuttanut päätöksentekoon. Voi pyhä yksinkertaisuus! Näinkö viattomia todella olemme? Mutta rehellisesti: en ole koskaan kuullut että yksikään poliitikko perustelisi päätöksiään saamillaan lahjuksilla, enkä usko että tällainen tapa yleistyisi tulevaisuudessakaan. Joten iloitkaamme naiiviudestamme, mutta ottakaamme käyttöön korruptoituneemmista maista tuttu periaate: lahjuksen vastaanottaminen on aina rikos. Niin kuin on myös sen tarjoaminen. 

Suomessa omaksuttiin aikanaan tsaarin Venäjän hallintotavasta eräs lahjontaa hillitsevä periaate. Nimittäin se, että virkamiehille maksettiin kelpo palkka, ja virkamiesura oli hyvin arvostettu. Näin ainakin korkeammilla virkamiehillä ei ollut niin suurta houkutusta leventää leipäänsä lahjuksilla. Ja tästä saammekin aasinsillan nykyaikaan. Eli ehkäpä viime vuosina meilläkin yleistynyt talouselämän toimitusjohtajaportaan kaikki järjen rajat ylittävä ja kaikilla mittareilla kohtuuton palkitseminen palvelee samaa asiaa. Se tekee johtajistamme korruptoitumattomia. 

Kuten uutisia seuranneet ovat havainneet, näin ei näytä olevan. Mutta korruptio on hieman eri näköistä. Johtajien kovasta palkkatasosta johtuen suorat lahjukset kasvaisivat ylettömiksi ja alkaisivat herättää huomiota. Siksi kai on siirrytty erilaisiin suhmurointeihin, kuten asuntokaupat, osakejärjestelyt, konsulttipalkkiot ja hyvätuottoiset hallituspaikat. Mutta edelleen jää arvoitukseksi, miksi huimia palkkoja ja etuja maksetaan. Jotta asia alkaisi aueta, avataan hieman niin sanottua johtajaparadoksia.

Johtajaparadoksilla tarkoitan ristiriitaa johtajien statuksen ja heidän todellisten tekojensa ja kapasiteettinsa välillä. Lisäksi näyttää siltä, että johtajien kytkös heidän johtamiinsa organisaatioihin on oudon heikko. He eivät aina näytä tuntevan kovinkaan hyvin johtamiaan yrityksiä tai edes niiden tuotteita. Usein johtaja tulee kokonaan toiselta toimialalta, takana voi olla useita varsin lyhyitä työsuhteita, ja uudelta johtajalta odotetaan tuloksia jopa jo puolessa vuodessa.

(Nyt on tietenkin kyse nimenomaan toimitusjohtajatasosta. Menestyneissä firmoissa on toki liuta alempaa johtajistoa joka on todella pannut prosessit, tuotteet ja osaamisen kohdalleen – ja sehän on usein vuosikymmenen työ...).

Ratkaisu johtajaparadoksiin onkin, että toimitusjohtajien (TJ) työmaata on järjestellä asioita firman ulkopuolella, heidän työtovereitaan, vertaisiaan ja usein vastustajiaankin ovat toiset TJt. Ei TJn tarvitsekaan olla mestari oman firmansa asioissa. Hänen resurssinsa on vertaisverkko, jota aletaan luoda jo oikeassa koulussa, oikeassa yliopistossa ja oikeilla kursseilla.

Ei mitään pahaa tässä. Paitsi että tuo veljeskunta on onnistunut luomaan myös järjettömän palkitsemisjärjestelmän, joka uhkaa levitä myös muuhun johtajistoon ja julkiseen hallintoon. Ehkä hallitusten kannattaa miettiä, mistä oikeasti kannattaa maksaa ja miten paljon. Ja ehkä joskus tulevaisuudessa ihmetellään tämän erikoisen ammattikunnan saavuttamaa asemaa.