kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?

v tomto příspěvku odpovíme na otázku “ Kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?“Vysvětlíme vám, jak byl lidský mozek srovnáván s velkými počítači a jak se pokusili překročit počet výpočtů za sekundu, které může náš mozkový stroj provádět.

kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?

lidský mozek může provádět miliardy miliard výpočtů za sekundu a zde se obvykle vyskytují srovnání se současnými superpočítači.

život je rytmus, je to rychlost. Ve skutečnosti je prvním příznakem, že něco není v pořádku, když vnímáme, že rytmus je pozastaven: když srdce bije rychleji nebo pomaleji než obvykle, když naši členové nereagují tak rychle, jak chceme na naše příkazy, když myšlenky plynou pomaleji.

velká část vnitřních hodin rytmu našeho života spočívá v jednom z nejrychlejších nástrojů, které příroda vybudovala: lidském mozku.

pokud bychom mohli natočit sekundu našeho života zpomaleně, viděli bychom, že mozek potřebuje čas, aby se stal bláznem. Za sekundu se každý neuron spojí s jiným asi 200krát, což znamená, že registruje asi 20 000 000 000 000 000 bitů informací za sekundu (20 bilionů impulzů plných informací). Tak silný, jak to je, žádný stroj nemůže napodobit tuto rychlost.

ve skutečnosti se vědci z Okinawského technologického institutu pokusili reprodukovat aktivitu sekundy mozkového života na počítači. Trvalo 83 tisíc procesorů s nejvyšším možným výpočetním výkonem a 40 minut práce, než se přiblížily účinnosti jedné sekundy našich neuronů.

navzdory nepolapitelné rychlosti, kterou Informace protékají naší neuronovou sítí, může trvat až šest hodin, než se konsoliduje jako dlouhodobá paměť. Paměť je mnohem pomalejší než myšlení.

základní složka naší vědomé zkušenosti, nervový systém, je ještě rychlejší. Nervy jsou tvořeny svazky nervových vláken, které přenášejí akční potenciály do nervového systému nebo z nervového systému do svalů.

ne všechna nervová vlákna jsou však stejná. Některé mají větší průměr a tyto obvykle přenášejí potenciál rychleji, akční potenciál v tlustších vláknech se přenáší rychlostí 120 metrů za sekundu, rychlostí automobilu Formule 1.

v nejjemnějších vláknech je naopak přenosová rychlost půl metru za sekundu, rychlost člověka, který chodí, pokud jde o citlivé zkušenosti, podle studie provedené neurologkou Mary Potterovou z Massachusetts Institute of Technology (MIT), můžeme zpracovat obraz za pouhých 13 milisekund.

zrak je nejrychlejší z našich smyslů, zatímco chuť je nejpomalejší: identifikace chuti trvá 500 milisekund, protože informace týkající se vůně a dotyku musí být spojeny a spojeny s údaji nabízenými termoreceptory (jako v případě kořeněných potravin).

co jsou petaflops?

a flops je měřítkem výpočetního výkonu a „peta“ znamená 1015. Takže petaflops znamená, že počítač může provádět 1 000 000 000 000 000 základních aritmetických operací za sekundu.

lidská vizuální kůra pracuje rychlostí jednoho petaflops.

petaflops je jednotka používaná k měření výpočetního výkonu operací s plovoucí desetinnou čárkou, což jsou operace, které vyžadují aritmetické operace s extrémně velkými a malými reálnými čísly.

zkratka pro vyjádření operací s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu je FLOPS (Floating poitn operations per second).

operace, ve kterých se používají jednotky větší než jeden flop, jsou v mezinárodním systému jednotek vyjádřeny předponami jako mega, giga, tera. Konkrétně, petaflops je 1015, ačkoli tam jsou větší jednotky všechny z nich s názvy sladkostí (zettaflops 1021 nebo yottaflops 1024).

superpočítače jako čínský Tianhe 1A (2 .5 peta) nebo modré vody, vyvinuté University of Illiniois, mohou mít maximální výkon 10 petaflops a trvalý výkon jednoho petaflops, takže v zásadě je potenciál výpočtu potřebný k simulaci mozkových procesů.

superpočítač trvá 40 minut, než simuluje jednu sekundu mozkové aktivity

Simulace lidského mozku je tak komplikovaná,že i jeden z nejsilnějších superpočítačů na planetě by to sotva dokázal po zpracování dat po dobu čtyřiceti minut, což odpovídá jedné sekundě mozkové aktivity.

dotyčný superpočítač je Fujitsu K, „bývalý první“ na seznamu TOP500, a úkol vyžadoval téměř 83,000 XNUMX procesorů.

křemík v posledních letech dosáhl velkolepého pokroku, ale z různých hledisek je nejlepší počítač stále mezi našimi ušima, a proto je obrovský zájem spojený se studiem jeho provozu.

ačkoli odborníci již vědí, jak čelit projektu simulace mozku, pravdou je, že zpracovatelská síla k tomu není k dispozici, což je pozoruhodný fakt, pokud vezmeme v úvahu, že existují superpočítače, které již mají za cíl překonat bariéru sto petaflopů . Vezměme si například superpočítač K, který vytvořil Fujitsu.

v té době k obsadil první místo na seznamu TOP500 a díky svým deseti petaflopsům stále zůstává na čtvrtém místě.

nicméně, když čelil tomuto simulačnímu projektu, superpočítač k sotva dokázal reprodukovat ekvivalent jedné sekundy mozkové aktivity … po žvýkání čísel po dobu čtyřiceti minut.

podle výzkumníků, kteří se podíleli na simulaci, bylo celkem 82 944 procesorů s K, které mají k dispozici, použito k vytvoření sítě 1 730 milionů nervových buněk, spojených s 10, 73 miliardami (našimi miliardami) synapsí.

simulace založená na open source softwaru NEST měla k dispozici asi petabajt paměti RAM. Mluvíme o chlazení hardwarových zdrojů ve srovnání s osobními systémy, ale navzdory těmto číslům simulace představovala pouze 1 procento neuronové sítě v lidském mozku.

vědci objasnili, že hlavním cílem nebylo objevit nové informace o mozkové aktivitě, ale místo toho se obrátili na tento model, aby otestovali jak schopnosti simulačního prostředí, tak superpočítač k.

pokud budeme poslouchat čísla lineárním způsobem, trvalo by sto k systémů, aby odpovídaly neuronové síti lidského mozku, a přesto by bylo mnoho nepřesností, které by bylo možné opravit. Koneckonců, spojení synapse byla náhodná.

takže, kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?

lidské bytosti často fantazírují o posílení našich mentálních schopností, což není špatné. Zřídka však věnujeme pozornost tomu, jak báječná je lidská fyziognomie a jak to funguje, a proto nám chybí příležitost poděkovat za to, co máme.

náš mozek má miliardy neuronů, které posílají zprávy přes synapse jednou nebo dvakrát za sekundu, což je navíc ke všem ostatním mozkovým aktivitám; každou sekundu našeho života jsou synapse mozku aktivovány více než 18 bilionkrát a že když pracují v nejnižším spektru své kapacity.

čísla jsou tak působivá, že je obtížné si je představit,ale co je ještě šokující, je myslet si, že náš mozek má 85 miliard neuronů, které vysílají elektrické signály známé jako synapse takovou rychlostí, že každou sekundu mezi nimi. 18 a 640 miliard signálů procházejících naším mozkem.

podívejme se na tato data a porovnáme je s japonským superpočítačem, který byl do roku 2011 nejrychlejší na světě a který v současné době zaujímá krok číslo 7.

tento stroj provedl v roce 2013 simulaci napodobující aktivitu lidského mozku, ve které jeho 83 tisíc procesorů simulovalo 1, 73 miliardy virtuálních neuronů, Spojených 10, 4 miliardami synapsí, což, i když to vypadá jako hodně, je pouze 1% lidského mozku.

překvapivě se stroji podařilo simulovat ekvivalent 1 sekundy lidské mozkové aktivity; jediným detailem je, že mu to trvalo ne 1 sekundu, ale 40 minut.

navzdory tomu se zúčastnění odborníci domnívají, že je to pozitivní znamení v budoucnu bude možné provádět simulace celkové kapacity lidského mozku.

takže až příště zjistíte, že si myslíte, že váš mozek by měl být rychlejší, věnujte chvíli přemýšlení o zázraku, který již je, a buďte za to vděční.

časté dotazy: Kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?

kolik operací může lidský mozek udělat?

odhaduje se, že naše mozky jsou schopny provádět asi 10 000 bilionů výpočtů za sekundu a zde obvykle dochází ke srovnání se současnými superpočítači.

kolik výpočetního výkonu má lidský mozek?

mozek spotřebuje asi 20 W energie, zatímco superpočítače mohou používat až 1 MW nebo řádově 100 000 více (Poznámka: Landauerův limit je 3,5×1020 op / sec / watt při pokojové teplotě).

pokud jde o paměť, například různé studie již léta nastavují paměť mozku mezi deseti a stovkou terabajtů.

kolik informací může mozek vzít za den?

lidský mozek má bilion neuronů a každý z nich tvoří tisíc spojení s ostatními, takže mohou pracovat na několika vzpomínkách současně. Pokud bychom změřili kapacitu našeho mozku, mohli bychom říci, že je téměř 2,5 petabajtů (jeden milion gigabajtů).

kolik výpočtů za sekundu může běžný počítač udělat?

v závislosti na kvalitě počítače, čím je modernější, tím rychleji je, to znamená, že stolní počítač je schopen 100 milionů operací ppr za sekundu, některé dosahují 150 až 200 milionů operací za sekundu.

je váš mozek silnější než počítač?

typický počítač běží na asi 100 wattů energie. Lidský mozek naproti tomu vyžaduje zhruba 10 wattů. Správně, váš mozek je desetkrát energeticky účinnější než počítač.

v tomto příspěvku jsme odpověděli na otázku “ Kolik výpočtů za sekundu může lidský mozek udělat?“Vysvětlili jsme vám, jak byl lidský mozek srovnáván s velkými počítači a jak se pokusili překročit počet výpočtů za sekundu, které může náš mozkový stroj provádět.

pokud máte nějaké dotazy nebo připomínky, dejte nám prosím vědět!

Martins, N.R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opris, I., … Freitas, R. A. (2019). Lidský Mozek / Cloud Rozhraní. Hranice v neurovědě, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112

Wu, T., Dufford, A. J., Mackie, M. – A., Egan, L. J., & Fan, J. (2016). Schopnost kognitivní kontroly odhadovaná z percepčního rozhodovacího úkolu. Vědecké Zprávy, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34025

Chen, S., He, Z., Han, X., He, X., Li, R., Zhu, H., … Niu, B. (2019). Jak velká Data a vysoce výkonná výpočetní technika řídí vědu o mozku. Genomika, Proteomika & Bioinformatika, 17 (4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003