Ein Gehirn im Kleinen

Vor 71 Jahren, am 16. März 1948, setzte der englische Psychiater Ross Ashby seinen Homöostaten in Gang. Der aus vier Modulen bestehende Apparat konnte sich von selbst an veränderte Umwelten anpassen. Die Erfindung machte Ashby schnell zum Star in der neu erfundenen Kybernetik. Der Homöostat zählte zu den frühesten Werkzeugen im Feld der Künstlichen Intelligenz.   

“Im Labor der Nervenheilanstalt Barnwood House am Rand von Gloucester in England steht eine mittelgroße schwarze Vorrichtung, die an vier Autobatterien im Quadrat erinnert. Die einzigen beweglichen Teile sind vier kleine Magnete, die wie Kompassnadeln auf den Boxen hin- und herschwingen. Der Psychiater William Ross Ashby, der Erbauer der Maschine, ist der Ansicht, dass sie wie keine andere zuvor einem künstlichen Gehirn nahekommt.“

Das berichtete das amerikanische Nachrichtenmagazin TIME im Januar 1949. Die Maschine war der Homöostat. Seine schwarzen Blöcke steckten vorher in Flugzeugen der Royal Air Force; ihre Schalter lösten den Abwurf von Bomben aus. Der im Text genannte Ross Ashby hatte die Blöcke erworben, umgebaut und neu verkabelt. Am 3. März 1948 war das Beinahe-Gehirn fertig: hier ist die Seite aus Ashbys Tagebuch. Der erste erfolgreiche Test fand zwei Wochen später am 16. März 1948 statt.

Ashby wurde am 6. September 1903 in London geboren; sein Vater war Vertriebsmanager. Er wuchs auf dem Lande auf und studierte ab 1921 Zoologie und Medizin, zunächst in Cambridge und später in London. Daneben brachte er sich die höhere Mathematik bei. Ab 1930 arbeitete Ashby in einer psychiatrischen Klinik nahe der Hauptstadt; 1936 wechselte er zu einer Heilanstalt in Northampton. 1945 und 1946  war er Militärarzt in Indien. 1947 erhielt er eine Forschungsstelle im Barnwood-House-Hospital in Gloucester.

Ross Ashby 1948. Einige Jahre später ließ er sich einen Bart stehen. (Reproduced with permission of the Estate of W. Ross Ashby)

Dort schuf Ross Ashby sein wichtigstes Werk, den erwähnten Homöostaten. Er entstand sieben Monate vor Erscheinen des Buchs Cybernetics von Norbert Wiener, passte aber gut in die neue Wissenschaft. Denn wie der amerikanische Mathematiker verband der englische Psychiater Technik, Leben und Denken. Ashby wurde zu einer bekannten Figur der britischen Kybernetik und gehörte 1949 zu den Gründern des Ratio Club; diesem schloss sich auch Alan Turing an. 1951 führte Ashby seine Erfindung auf einer Fachtagung in Paris vor.

Was tat der Homöostat? Homöostase ist in der Biologie der Zustand des Gleichgewichts, den die Körperfunktionen eines Lebewesens einnehmen. Ganz ähnlich strebte der Homöostat ein Equilibrium an. Ablesbar war es an vier Drähten auf den Blöcken. Im Normalzustand ruhten sie in einer mittleren Position. Am Ende jedes Drahts saß ein Metallplättchen, das sich durch eine gebogene Schüssel mit destilliertem Wasser bewegte. Die Plättchen erkennt man auch im Eingangsbild (Reproduced with permission of the Estate of W. Ross Ashby).

Die Schüsseln dienten als Potentiometer, die Plättchen griffen im Wasser elektrische Spannungen ab. Die vier Drähte gehörten zum Schaltkreis des Homöostaten und waren mit drehbaren Magneten verbunden, die wiederum auf die Ströme in benachbarten Spulen reagierten. In jedem Block steckten eine Röhre, ein Relais und ein Drehwähler, wie man ihn aus der Telefonvermittlung kannte. Der innere Zustand ließ sich zudem durch Dreh- und Kippschalter verändern. Die vier Blöcke des Geräts waren durch Kabel vernetzt.

Schaltplan eines Homöostat-Blocks: oben ist der Magnet mit dem Draht, links stehen die Inputs und Schalter. Rechts oben ist die Triode; das Relais F betätigt den Drehwähler. Ganz rechts erfolgen die Outputs. (Copyright Akadémiai Kiadó, Budapest 1967)

Spannend wurde es, wenn der Homöostat aus dem Gleichgewicht geriet. Dazu reichte eine Drehung an einem der äußeren Schalter. Dann schlugen die Drähte in den Schüsseln wild aus, und die Drehwähler im Inneren suchten andere Positionen. Nach einer Weile beruhigte sich die Maschine wieder, kurz, sie hatte einen neuen Gleichgewichtszustand gefunden. Der Homöostat verhielt sich wie ein lebendes Wesen, das sich auf neue Situationen einstellen konnte. Ross Ashby bezeichnete diese Fähigkeit als Ultrastabilität.

In der Folgezeit schrieb Ashby zwei Bücher. Das erste, Design for a Brain, behandelte den Homöostaten, An Introduction to Cybernetics die bekannte Wissenschaft. Der zweite Titel ist auch auf Deutsch erhältlich. 1955 und 1956 arbeitete er in der amerikanischen Stanford-Universität, die 1960er-Jahre verbrachte er im Biologischen Computerlabor der Universität von Illinois. Nach der Pensionierung lebte Ross Ashby in der Nähe von Bristol; daneben hielt er noch Vorlesungen in Cardiff. Er starb am 15. November 1972.

Die Erinnerung an ihn hält das W. Ross Ashby Digital Archive wach, bei dem wir uns herzlich für die Nutzungserlaubnis der beiden Fotos bedanken. Im Zeitalter der Digitalisierung wirkt der analoge Homöostat fremd, doch ahnte Ashby schon das „Deep Learning“ voraus, das die aktuelle Künstliche Intelligenz prägt. Dies zeigt der Artikel The Electronic Brain, in dem er am Ende einen lernfähigen Super-Homöostaten skizziert. 1956 entstanden Nachbauten des Urmodells an den Technischen Hochschulen von Delft und Wien. Wie ein Foto beweist, hat das Wiener Gerät damals schon das Lächeln erlernt.