Ciekawostka tygodnia - Procesor VS Mózg (1/3)

Wyobraź sobie komputer, który doradzi Ci w sprawach codziennych i pomoże podjąć dobrą decyzję. Smartfona, który przywróci wzrok niewidomym. Inteligentne pojazdy, które nie potrzebują kierowców. Drony, które same będą decydowały czy atakować, czy nie. Daleka przyszłość? Wręcz przeciwnie.

Zadajmy sobie pytanie: który procesor jest lepszy - elektroniczny chip najnowszej generacji czy ten biologiczny - ludzki mózg? We wszystkich dziedzinach nauki najczęstszą odpowiedzią na wszelkie pytania jest: "to zależy". Tak jest i tym razem.

Weźmy chociażby proste pomnożenie kilku liczb kilkucyfrowych - kalkulator z Biedronki za 1.99 zł nawet się nie zająknie. Człowiekowi natomiast wielki problem sprawi już pomnożenie dwóch liczb dwucyfrowych. A jednak procesor...?

Nie tak prędko... Inna sytuacja! Nawet małe dzieci potrafią rozwiązywać problemy dnia codziennego i ze zrozumieniem obserwować otoczenie. Mają z tym z kolei problem najwydajniejsze superkomputery świata. Aby rozpoznawać elementy obrazu przechwytywanego przez kamerę, potrzebują gigantycznej mocy obliczeniowej, milionów watów energii, a i tak wszystko odbywa się w dużym spowolnieniu. Mózg robi to w czasie rzeczywistym i potrzebuje do tego... 20 watów.

Intel VS mózg homo sapiens...

Nowe technologie VS ewolucja i dobór naturalny...

Moore VS Darwin...

1:1!

Kolejnym paradoksem jest fakt, że procesor i mózg mają budowę niezwykle podobną... ale równocześnie całkowicie odmienną.

W skali mikroskopowej, tranzystorom odpowiadają neurony, krzemowym ścieżkom między nimi synapsy, a bitom informacji potencjały czynnościowe. W skali makroskopowej wszystko jest na odwrót - same różnice. Procesor działa raczej szeregowo, a mózg całkowicie równolegle. Tranzystor łączy się zazwyczaj tylko z poprzednim i kolejnym, a każdy neuron ma połączenie z kilkoma tysiącami innych. Warto także wspomnieć, że u człowieka jest ich 100 miliardów, co daje nawet 200 bilionów połączeń.

Jednak, co się stanie, gdy komputer napotka na problem, którego nie przewidział programista? Wyskoczy błąd, a nasze gałki oczne będą uraczone ukochanym przez wszystkich niebieskim ekranem. Mózg wykorzysta natomiast równoległe nerwy i zwoje, znajdując alternatywne rozwiązanie problemu.

Dodatkowo, często używane połączenia synaptyczne w mózgu, pogrubiają się oraz wytwarzają osłonkę mielinową, która umożliwia jeszcze szybsze przewodzenie potencjałów czynnościowych, a co za tym idzie lepsze przekazywanie informacji. W skomplikowany sposób opisałem prostą czynność, którą wykonujesz nawet teraz, czytając ten artykuł - uczenie się. Procesory tego nie potrafią. Szach mat.

Potrafią za to przetwarzać proste dane i robić obliczenia nieporównywalnie szybciej od nas. Raz napisany algorytm do tego wystarczy.

Szeregowa prostota VS równoległa struktura...

Szybkość działania VS złożoność sieci połączeń...

Pewność algorytmu VS plastyczność i możliwość nauki...

Procesor VS mózg...

2:2!

Architektura procesora charakteryzuje się tym, że funkcje pamięci, kontroli i przetwarzania informacji są rozdzielone i działają właściwie osobno. W mózgu nie ma wydzielonych poszczególnych obszarów odpowiadających za te procesy - wszystko dzieje się w wielu obszarach tego organu - równocześnie, bardziej holistycznie.

Aaa, no i jeszcze jedno: po co komu taktowanie liczone w GHz (miliardy herców)? Ludzki mózg pracuje z częstotliwością kilku herców. Między innymi właśnie dzięki temu zużywa setki tysięcy razy mniej energii niż najnowocześniejsze jednostki elektroniczne. Gdyby tylko zabranie się do pracy było takie proste, jak uruchomienie guzikiem komputera...

Maszyna VS człowiek...

3:3!

Mam nadzieję, że zaciekawiłem Was chociaż trochę dzisiejszym tekstem (a przynajmniej wytworzyłem u Was kilka nowych połączeń synaptycznych ;). Tak się składa, że studiuję międzywydziałowo i skupiam się na nowym, interdyscyplinarnym kierunku badań "neuro-science", łączącym elementy neurobiologii, neuroinformatyki oraz neuropsychologii. Jest to pierwsza z trzech części cyklu o właśnie takiej tematyce. We wstępie napisałem, że procesory działające jak mózg to już współczesność. Dlaczego? Tego dowiecie się za tydzień.