В какой области возможности человеческого мозга превосходят возможности компьютера
Человеческий мозг обладают огромными возможностями адаптации. Он управляет сердцебиением, транслирует сны, вспоминает песни по паре нот и позволяет освоить новый язык. Все потому, что мозг может переписать связи, которые он используют, по мере изучения новых навыков или при реакции на изменения в окружающем мире.
Однако скоро перед мозгом может встать серьезное испытание — подключение к нейрокомпьютерному интерфейсу (НКИ). Это может повлиять на восприятие мира и собственного тела, а также скорость создания новых идей.
Интерфейс «мозг-компьютер», установленный инвазивно (внутри черепной коробки), предполагает размещение электродов на поверхности мозга, чтобы принимать электрические сигналы, проходящие через ткань. На базовом биологическом уровне мозг плохо переносит инородные объекты. Они создают так называемую фиброзную ткань, небольшой шрам вокруг самого электрода. Хотя технология относительно нова, считается, что рубцевание мозга не вызывает каких-либо серьезных нарушений в его работе.
Но другие изменения, которые происходят в мозге при использовании НКИ, могут быть гораздо более обширными, чем кусок «мертвой» ткани. Об этом пишет ZDNet.
Первобытный нейронный инструмент
НКИ можно назвать продвинутой «палкой», которая взаимодействует напрямую с нейронами. Поэтому их шанс на адаптацию к новому интерфейсу увеличивается, поскольку он будет стимулировать их пластичность. Прошлогоднее исследование показало, что даже неинвазивный НКИ, который использует носимые передатчики, в течение короткого времени повышает способности мозга к адаптации. Сейчас ученые видят большой потенциал применения НКИ в реабилитации людей, переживших инсульт или травмы спинно-мозговой системы.
Кроме того, при регулярном использовании роботизированного протеза под управлением НКИ мозг может перестроить внутреннюю карту тела, как если бы он был стандартной частью тела. Также нет причин сомневаться, что НКИ позволит человеку адаптироваться под работу с двумя дополнительными механическими руками.
«На самом деле при длительном использовании протеза с НКИ наступает момент, когда он начинает приживаться. Поскольку он так тесно связан с вашей нервной системой, человек, использующий НКИ, фактически начинает рассматривать его как часть своего целого», — подчеркнул Джастин Уильямс, профессор департамента биомедицинский инженерии Винскинского университета в Мадисоне.
Сила мысли
Другие эффекты нейроинтерфейса на мозг, вероятно, обнаружатся позже, когда устройства найдут себе новое применение. DARPA, например, финансирует исследования НКИ, которые могут быть использованы для ведения войны. Солдаты смогут управлять танками или дронами только своим разумом. Точно так же Facebook занимается исследованием применения НКИ для преобразования мыслей в электронный текст. В обоих случаях связь компьютера с мозгом позволит отказаться от обычных интерфейсов, которые требуют ручного ввода.
Это будет означать резкий скачок в скорости между появлением мысли у человека, и ее воплощением в виде действия в реальном мире. Скорость обработки информации вырастет до огромных значений.
«Компьютеры могут обрабатывать сигналы намного быстрее, чем нервная система, поэтому есть возможность масштабировать время. Вы потенциально можете выполнять команды движения намного быстрее, — отметил Джастин Санчес, технический специалист из Battelle Memorial Institute. — Мы ограничены в нашем восприятии и взаимодействии с миром из-за фундаментальной скорости нашей нервной системы. Если вы предоставите мозгу что-то быстрее, он может адаптироваться и работать лучше».
По мнению Джонатана Вулпоу, директора Национального центра адаптивных нейротехнологий, основной вопрос к работе с НКИ: насколько успешно мозг начнет справляться с новыми задачами, к которым он приспосабливался на протяжении своей эволюции. «Он вроде как может, но не так хорошо с нашими текущими методами», — отметил ученый. Кажется, нам только предстоит узнать, сможет ли человеческий мозг превзойти себя, работая в связке с компьютером.
Данные в компьютере хранятся терабайтами, но, в отличие от человеческого мозга, машина не способна пока генерировать по своей воле новые картинки, фильмы, программы и файлы. Ей неведомо понятие фантазии, творчества, воображения.
Зато на жестком диске или в интернете можно за считанные секунды найти детальную информацию по требуемой теме с точностью до запятой. «Серое вещество» человека на это попросту не способно, за редким исключением феномена фотографической памяти. Так что эффективнее и мощнее: мозг или набор микросхем?
Каждый хорош по-своему
И среди обывателей, и среди именитых ученых не утихают споры, касательно того, какая система на данный момент лучше: биологический «компьютер» в наших головах, миллионами лет совершенствовавшийся и продолжающий совершенствоваться эволюцией, или электронное устройство с процессором, жестким диском, оперативной памятью и пр., придуманное людьми?
На самом деле это под стать спору, кто и что лучше: творец или творение, курица или яйцо. На первый взгляд, ответ очевиден – творец. Но не стоит сбрасывать со счетов, что люди учитывают свое несовершенство, например, низкий уровень хранения информации, и пытаются компенсировать его достижениями науки и техники.
Человек и компьютер
Существуют расчеты, доказывающие, что вычислительная мощность мозга несоизмеримо выше компьютерных аналогов. Даже на фоне суперкомпьютеров сообщество нейронов в черепной коробке в супер-пупер раз мощнее. Но при этом мозгу явно недостает «оперативной памяти». А уж насколько плох наш «жесткий диск» – знают все, особенно когда надо выучить стихотворение или вспомнить номер телефона. Возможно, он тоже супер-пупер, но интерфейс извлечения данных из долгосрочной памяти не соответствует современным реалиям.
Многое может измениться на фоне совершенствования технологий искусственного интеллекта. Возможно, в ближайшие годы люди на свою голову могут научить машину не только оперировать огромными массивами данных, но и задаткам абстрактного мышления, самосознания, интеллекта. На подходе квантовые компьютеры, чья вычислительная мощность вполне может сравниться с человеческим мозгом.
Биологический процессор
Впрочем, пока рано сдавать в утиль серое вещество и мчаться в кибермагазин за апгрейдом. Слишком мало мы знаем о самих себе. Да, наша «оперативная память» действительно слаба, как и «процессор». Но это лишь касается «видимой», сознательной части. Есть еще малоизученное подсознание, которое курирует все процессы в организме, фиксирует поступающие сигналы от нервной системы, коих несчетное количество.
Если скорость сознательного мышления составляет 2 Кбит в секунду на уровне компьютеров 80-х годов прошлого века, то подсознание в секунду обрабатывает до 4 Гбит информации. Более того, существует устойчивое мнение, что мозг не задействуется в полном объеме. Что у него еще есть колоссальные биологические резервы.
Конечно, это не совсем верно. Мозг – живой организм, невозможно часть его оградить и перевести в спящий режим. Он разделен на области, каждая из которой выполняет свою функцию: слух, зрение, речь, эмоции, планирование, усвоение навыков, абстрактное мышление и прочее. Но факт остается фактом – мозг можно тренировать так же, как мышцы. В частности, улучшать память, повышать навыки вычислений, концентрировать внимание.
Многозадачность
Создание многоядерных процессоров – важное достижение человеческого гения. Многопоточность позволяет одновременно решать разные задачи. Еще не так давно юзеры радовались появлению двухъядерных процессоров, а сегодня в продаже уже доступны 64 и 72-ядерные монстры. Летом 2019 года специалисты Cerebras Systems представили самую большую в истории экспериментальную микросхему, насчитывающую 400 000 ядер.
Казалось бы, куда биологическим организмам до такой мощи. Человеческий мозг считается однопоточным. То есть, мы можем в единицу времени решать только одну задачу. Но на практике это не совсем так.
Еще в школе нам рассказывали о гении Юлии Цезаре, который одновременно мог делать 3 вещи одновременно: читать один текст, диктовать писарю совершенно другой и при этом слушать докладчика. Ученые говорят, что это миф. Что его мозг просто очень быстро переключался между задачами, но в единицу времени выполнял только одну операцию.
Но многим из нас знакома ситуация, когда решение некой проблемы или задачи приходит совершенно неожиданно. Это знаменитая архимедовская «Эврика!». Когда занимаешься чем-то другим, и внезапно снисходит озарение. Возможно, наш мозг работает вовсе не в однопроцессорном режиме.
Вероятно, где-то в глубине подсознания определенная группа нейронов продолжает работу над навязчивой проблемой, выстраивает логические цепочки, пока не совпадет верная комбинация. По аналогии с компьютером, это свернутая программа, которая работает в фоновом режиме. Пока мы смотрим фильм, задействуя, грубо говоря, одно ядро, второе и последующие проводят необходимые расчеты.
Искусственный мозг
Отдельная тема – биологические компьютеры. Это направление все больше ученых считает наиболее перспективным. Биотехнологии уже позволяют создавать экспериментальные системы, на которых тестируются механизмы взаимодействия нейронов или их аналогов с электронной компонентной базой. Первые результаты впечатляют.
Например, специалист в области нейробиологии Ош Агаби создал небольшой, но работающий биокомпьютер. В рамках проекта Koniku он разработал «живой» прототип 64-нейронной кремниевой микросхемы. Его «научили» распознавать запахи, наподобие пчел. Теперь дроны на его основе можно применять для поиска взрывчатых веществ, утечек вдоль трубопроводов, обследования сельхозугодий и прочее.
Агаби создал для нейронов подходящую биологическую среду, обеспечил их питанием и заработал механизм взаимодействия с электронной элементной базой. В планах:
- создание чипа на 500 нейронов для автопилота автомобилей;
- на 10 000 нейронов – для обработки изображений наподобие человеческого глаза;
- робота, управляемого чипом на 100 000 нейронов;
- самообучающегося компьютера на 1 миллион нейронов.
Зачем нужны биокомпьютеры
Неужели нельзя обойтись существующими средствами? Нет, нельзя. Даже, казалось бы, такая простая вещь, как прогноз погоды, требует запредельных вычислительных мощностей. До сих пор люди не научились делать его точным.
Пару лет назад ученые Японии и Германии попытались смоделировать на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров активность человеческого мозга. Им удалось достигнуть не более 1 процента возможностей «серого вещества» в секунду. Таким образом, классические компьютеры слишком слабы для решения глобальных задач. Например, таковым является моделирование лекарственных препаратов нового поколения, или расчета процессов ядерной и квантовой физики.
Сходства и различия
Что общего между компьютером и мозгом:
- оба оперируют данными посредством электрических импульсов;
- и тому и другому необходимо питание для работы;
- для обоих систем необходимы приемо-передатчики информации: уши, глаза, нервные окончания, микрофон, камера, клавиатура и т. д.
В чем их отличия:
Последний пункт является самым важным. Ибо без творческого начала невозможно двигать вперед цивилизацию.
Будущее за киберпанком
Создано много литературных произведений, комиксов и фильмов, в которых люди имплантируют себе различные электронные устройства для улучшения функционала организма. Это еще не киборги, но и обычными людьми их не назовешь.
Однако это уже не фантастика. Микрочипы-импланты используются уже давно в медицине для мониторинга состояния организма, получения оперативной информации об истории болезни, группе крови, аллергических реакциях, непереносимости лекарственных средств. Большинство из них бесконтактное, расположенное под кожей, но есть и с внешними интерфейсами.
Масштабные работы проводятся и в области мозга для повышения его эффективности. Например, разрабатываются микрочипы, вживляемые в мозг. Они позволят парализованным людям управлять компьютерами и мобильными устройствами, общаться с помощью составления слов из букв. Но больше всего ученых интересует возможность стимулирования мозговой деятельности, возвращения зрения слепым, усиления памяти и увеличения объема хранения информации. И на этом поприще сделано уже многое.
Много приходилось видеть, слышать и читать о том, как люди сравнивают человека и компьютер. Занятно со стороны наблюдать за этим процессом, особенно когда понимаешь, что происходит на самом деле. А на самом же деле происходит, ни много, ни мало сравнение творца с творением. Для того, чтобы это сравнение имело место быть, люди даже роботов делают похожими на людей. Но все равно, внутри таких недочеловеков «шестеренки и лампочки», как говорил герой фильма «Я, Робот». Но дело даже не в том, что сравниваемые с людьми отличаются по своему химическому составу. Ведь предметом сравнения является принцип и результативность их работы.
Все аспекты процесса работы и результатов этой самой работы обеих сравниваемых сторон вряд ли можно объять в рамках одной небольшой статьи. Поэтому, затрону я только один аспект, который на компьютерном языке зовется «многозадачностью». Некоторые думаю, что это недосягаемо для мозга, другие разделяют прямо противоположную точку зрения. В такие дебри, как цифры, вычисления и статистика я лезть не буду, так как сравнивая разные по происхождению системы не возможно добиться точных результатов. Но кое-какие мысли по этому поводу есть.
Итак…
Уверен, что при создании компьютера, человек руководствовался тем, что ему близко и хорошо знакомо. При создании операционной системы в середине 60-х годов прошлого столетия (именно тогда в в некоторых ОС начали появляться задатки многозадачности), программисты, вполне возможно тоже думали именно о том, чтобы наделить компьютер чем-то человеческим. И наделили его подсознанием, только в компьютерном понимании. Хотя многим известен тот факт, что человеческий мозг в определенный момент времени может сознательно размышлять над чем-то одним, но это вовсе не означает, что наш мозг лишен «многозадачности». Ведь вряд ли кто-то будет отрицать, что помимо основной мысли, которая крутится в нашей голове сознательно, где-то глубоко в подсознании происходят процессы, о которых становится известно лишь, когда виден результат.
Если позволите, сравним сознание и подсознание с ядрами процессора. Правда в таком сравнении эти ядра будут разной мощности. Так как есть информация, что мощность подсознания намного больше мощности сознания. Скорость обработки информации у сознательного мышления 2 Кбит информации в секунду, для сравнения та же скорость у подсознания доходит до 4 Гбит информации в секунду. Но как же проявляется эта мощность подсознания.
Например, часто бывает, что прикладывая усилия решить какую-то сложную задачу сознательно, никак не получается добиться желаемого, будто где-то загвоздка. В таком случае я оставляю эту задачу на потом и принимаюсь за следующую, более простую. Но вдруг, не успев даже приняться за решение несложной задачи, я говорю себе: «Идея!». После этого, та сложная нерешенная задача оказывается решенной! Но как? Я ведь уже отчаялся и даже не думал о ней сознательно. Именно благодаря тому, что мы прикладываем много сил в поисках решения процесс запускается и при надобности может перейти в «фоновый режим» подсознания, где нейроны будут продолжать подбирать правильные комбинации, в поисках решения с еще большей скоростью.
На компьютере это происходит, кажется, чуть проще или несколько нагляднее. Запуская один процесс, мы сворачиваем программу и принимаемся за другую. В этом случае мы уверены, что операция будет завершена. Конечно, иногда кажется, что возможности компьютера ограничиваются возможностями человека. Например, мы не можем работать одновременно в нескольких программах хотя бы потому, что для этого нам бы понадобились дополнительные манипуляторы и, в конце концов, дополнительные руки. Да и нужно ли это, если иногда мы не можем даже управлять 10% возможностей нашего мозга?
Высокая эффективность мозга при решении сложных задач натолкнула людей на создание его искусственного аналога – компьютера.
Объединяющим фактором является большое число составных (нейронов и транзисторов). Взаимосвязь отдельных частей в обоих случаях происходит посредством электрических импульсов. Строение в глобальном масштабе тоже схоже: оба имеют самостоятельные контуры для вывода и ввода информации, памяти и центральной обработки данных. Инженерам во многом удалось повторить совершенное творение природы – разум, осталось только понять, может ли ПК его превзойти.
Характеристики, определяющие возможности человеческого мозга
Чтобы понять способности главного органа центральной нервной системы и ПК, нужно рассмотреть их параметры:
- число простейших элементов – до 10 миллиардов транзисторов против 100 миллиардов нейронов;
- быстродействие при выполнении базовых действий – до десяти млрд операций/сек у ЭВМ и 1000 у живого органа;
- способ работы – цифровой и аналоговый;
- энергоэффективность – аппарат расходует 1000 ватт против 10 ватт в организме;
- метод обработки данных – последовательный, а также массово-параллельный;
- точность – у 32-битного агрегата этот параметр составляет 1 на 4,2 млрд, у мозга – 1 к 100.
Сравнительный анализ несколько утратил актуальность, так как использовались характеристики машин 2008 г. выпуска, которые значительно уступают современным. Тем не менее, общее представление составить все-таки можно.
Результаты исследования
Исходя из сравнения, видно, что способности человеческого мозга в скорости выполнения операций гораздо меньше. Кроме того, ЭВМ превосходит в вычислениях. Это формальный подход, на самом деле человек способен производить практически мгновенные вычисления с высокой точностью. Чтобы убедиться в этом, достаточно понаблюдать за занятием теннисистов. В этой игре приходится следить за направлением полета мяча, движущегося со скоростью 260 км/ч, одновременно отдавать команды руке на его прием.
Аппарат до последнего момента уступал в распознавании речи и предметов, но благодаря появлению многоядерных процессоров и технологии машинного обучения отставание постепенно сходит на нет. В перспективе машины приблизятся по возможностям к разуму, а в чем-то даже превзойдут его.
Читайте также: