In questo post risponderemo alla domanda “Quanti calcoli al secondo può fare il cervello umano?”Vi spiegheremo come il cervello umano è stato paragonato ai grandi computer e come hanno cercato di superare il numero di calcoli al secondo che la nostra macchina cerebrale può eseguire.
Quanti calcoli al secondo può fare il cervello umano?
Il cervello umano può fare un miliardo di miliardi di calcoli al secondo,e qui di solito si verificano i confronti con i supercomputer attuali.
La vita è ritmo, è velocità. In effetti, il primo sintomo che qualcosa non va è quando percepiamo che il ritmo è in pausa: quando il cuore batte più velocemente o più lentamente del normale, quando i nostri membri non rispondono così rapidamente come vogliamo ai nostri comandi, quando i pensieri scorrono più lentamente.
Gran parte dell’orologio interno del ritmo della nostra vita risiede in uno degli strumenti più veloci che la natura ha costruito: il cervello umano.
Se potessimo filmare un secondo della nostra vita al rallentatore, vedremmo che il cervello impiega quel tempo per diventare in fermento. In un secondo ogni neurone si connette con un altro circa 200 volte, il che significa che registra circa 20.000.000.000.000.000 di bit di informazioni al secondo (20 trilioni di impulsi pieni di informazioni). Per quanto potente, nessuna macchina può imitare quella velocità.
In effetti, gli scienziati dell’Istituto di Tecnologia di Okinawa hanno cercato di riprodurre l’attività di un secondo della vita cerebrale su un computer. Ci sono voluti 83 mila processori con la più alta potenza di calcolo possibile e 40 minuti di lavoro per avvicinarsi all’efficienza di un solo secondo dei nostri neuroni.
Nonostante la velocità sfuggente con cui le informazioni fluiscono attraverso la nostra rete neurale, un’esperienza può richiedere fino a sei ore per consolidarsi come memoria a lungo termine. La memoria è molto più lenta del pensiero.
Una componente fondamentale della nostra esperienza cosciente, il sistema nervoso, è ancora più veloce. I nervi sono costituiti da fasci di fibre nervose, che trasmettono potenziali d’azione al sistema nervoso o dal sistema nervoso ai muscoli.
Tuttavia, non tutte le fibre nervose sono uguali. Alcuni sono più grandi di diametro, e questi generalmente trasmettono il potenziale più rapidamente, il potenziale d’azione nelle fibre più spesse viene trasmesso alla velocità di 120 metri al secondo, la velocità di una vettura di Formula 1.
Nelle fibre più fini, invece, la velocità di trasmissione è di mezzo metro al secondo, quella di un uomo che cammina, in termini di esperienza sensibile, secondo uno studio condotto dalla neurologa Mary Potter, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), possiamo elaborare un’immagine in soli 13 millisecondi.
La vista è il più veloce dei nostri sensi, mentre il gusto è il più lento: ci vogliono 500 millisecondi per identificare un sapore, poiché le informazioni relative all’olfatto e al tatto devono essere collegate e collegate ai dati offerti dai termorecettori (come nel caso del cibo piccante).
Cosa sono i petaflops?
Un flop è una misura delle prestazioni computazionali e “peta” significa 1015. Quindi un petaflops significa che un computer può eseguire 1.000.000.000.000.000 di operazioni aritmetiche di base al secondo.
La corteccia visiva umana opera ad una velocità di un petaflops.
Un petaflops è un’unità utilizzata per misurare le prestazioni computazionali delle operazioni in virgola mobile, che sono quelle operazioni che richiedono operazioni aritmetiche con numeri reali estremamente grandi e piccoli.
L’acronimo per esprimere operazioni in virgola mobile al secondo è FLOPS (Floating poitn operations per seconds).
Le operazioni in cui vengono utilizzate unità superiori a un FLOPS sono espresse nel Sistema internazionale di unità da prefissi come mega, giga, tera. In particolare, un petaflops è 1015, anche se ci sono unità più grandi tutte con nomi di dolci (zettaflops 1021 o yottaflops 1024).
Supercomputer come la Cina Tianhe 1A (2.5 peta) o Blue Waters, sviluppato dall’Università di Illiniois, può avere una prestazione massima di 10 petaflops e una prestazione sostenuta di un petaflops, quindi in linea di principio, il potenziale di calcolo necessario per simulare i processi cerebrali.
Un supercomputer vogliono 40 minuti per simulare un secondo di attività cerebrale
Simulare il cervello umano è così complicata che anche uno dei più potenti supercomputer del pianeta riusciva a malapena a farlo dopo aver elaborato i dati per lo spazio di quaranta minuti, con un risultato equivalente a un solo secondo di attività cerebrale.
Il supercomputer in questione è il Fujitsu K, un “ex primo” nella lista TOP500, e il compito ha richiesto quasi 83.000 processori.
Il silicio ha fatto progressi spettacolari negli ultimi anni, ma da vari punti di vista, il miglior computer è ancora tra le nostre orecchie, da qui l’enorme interesse associato allo studio del suo funzionamento.
Anche se gli esperti sanno già come affrontare un progetto di simulazione cerebrale, la verità è che la potenza di elaborazione per farlo non è disponibile, un fatto sorprendente se consideriamo che ci sono supercomputer che hanno già l’obiettivo di superare la barriera di cento petaflop . Prendiamo ad esempio il supercomputer K, creato da Fujitsu.
Al momento, K ha preso il primo posto nella lista TOP500, e grazie ai suoi dieci petaflop, rimane ancora al quarto posto.
Tuttavia, di fronte a questo progetto di simulazione, il supercomputer K riuscì a malapena a riprodurre l’equivalente di un secondo di attività cerebrale after dopo aver masticato i numeri per quaranta minuti.
Secondo i ricercatori che hanno partecipato alla simulazione, un totale di 82.944 processori con K a loro disposizione sono stati utilizzati per creare una rete di 1.730 milioni di cellule nervose, collegate a 10,73 miliardi (i nostri miliardi) di sinapsi.
La simulazione, basata sul software open source NEST, aveva a disposizione circa un petabyte di RAM. Stiamo parlando di risorse hardware agghiaccianti rispetto ai sistemi personali, ma nonostante questi numeri, la simulazione è venuto solo a rappresentare l ‘ 1 per cento della rete neurale nel cervello umano.
I ricercatori hanno chiarito che l’obiettivo principale non era scoprire nuove informazioni sull’attività cerebrale, ma invece si sono rivolti a questo modello per testare sia le capacità dell’ambiente di simulazione che il supercomputer K.
Se obbediamo ai numeri in modo lineare, ci vorrebbero un centinaio di sistemi K per abbinare la rete neurale del cervello umano, eppure ci sarebbero molte inesattezze da correggere. Dopo tutto, le connessioni sinapsi erano casuali.
Quindi, quanti calcoli al secondo può fare il cervello umano?
Gli esseri umani spesso fantasticano di migliorare le nostre facoltà mentali, il che non è sbagliato. Tuttavia, raramente prestiamo attenzione a quanto sia favolosa la fisionomia umana e come funziona, e quindi perdiamo l’opportunità di ringraziare per ciò che abbiamo.
Il nostro cervello ha miliardi di neuroni che inviano messaggi attraverso le sinapsi una o due volte al secondo, che è in aggiunta a tutte le altre attività cerebrali; ogni secondo della nostra vita le sinapsi del cervello vengono attivate più di 18 trilioni di volte, e che quando lavorano nello spettro più basso della loro capacità.
I numeri sono così impressionanti che può essere difficile da immaginare, ma ciò che è ancora più scioccante è pensare che il nostro cervello ha 85 miliardi di neuroni, che inviano segnali elettrici noti come sinapsi a una velocità tale che ogni secondo in mezzo. 18 e 640 miliardi di segnali che passano attraverso il nostro cervello.
Mettiamo questi dati in prospettiva, facendo un confronto con un supercomputer giapponese che fino al 2011 era il più veloce al mondo e che attualmente occupa il passo numero 7.
Questa macchina ha effettuato una simulazione nel 2013 per imitare l’attività del cervello umano, in cui i suoi 83 mila processori hanno simulato 1,73 miliardi di neuroni virtuali, collegati da 10,4 miliardi di sinapsi, che, anche se sembra molto, è solo l ‘ 1% di un cervello umano.
Sorprendentemente, la macchina è riuscita a simulare l’equivalente di 1 secondo di attività cerebrale umana; l’unico dettaglio è che gli ci sono voluti non 1 secondo ma 40 minuti per ottenerlo.
Nonostante ciò, gli esperti coinvolti ritengono che questo sia un segno positivo in futuro sarà possibile effettuare simulazioni della capacità totale del cervello umano.
Quindi la prossima volta che ti ritrovi a pensare che il tuo cervello dovrebbe essere più veloce, prenditi un momento per riflettere sulla meraviglia che già è e sii grato per questo.
DOMANDE FREQUENTI: Quanti calcoli al secondo può fare il cervello umano?
Quante operazioni può fare il cervello umano?
Si stima che il nostro cervello sia in grado di eseguire circa 10.000 trilioni di calcoli al secondo, e qui di solito si verificano confronti con i supercomputer attuali.
Quanta potenza di calcolo ha il cervello umano?
Il cervello consuma circa 20 W di potenza, mentre i supercomputer possono utilizzare fino a 1 MW o dell’ordine di 100.000 in più (nota: il limite di Landauer è 3,5×1020 op / sec / watt a temperatura ambiente).
In termini di memoria, ad esempio, vari studi hanno per anni impostato la memoria del cervello tra dieci e cento terabyte.
Quante informazioni può assumere il cervello in un giorno?
Il cervello umano ha un trilione di neuroni e ognuno forma mille connessioni con gli altri, in modo che possano lavorare su più ricordi contemporaneamente. Se misurassimo la capacità del nostro cervello, potremmo dire che è vicino a 2,5 petabyte (un milione di gigabyte).
Quanti calcoli al secondo può fare un normale computer?
A seconda della qualità del computer, il più moderno è, il più veloce è, cioè, un computer desktop è in grado di 100 milioni di operazioni ppr secondo, alcuni raggiungono tra 150 a 200 milioni di operazioni al secondo.
Il tuo cervello è più potente di un computer?
Un tipico computer gira su circa 100 watt di potenza. Un cervello umano, d’altra parte, richiede circa 10 watt. Esatto, il tuo cervello è dieci volte più efficiente dal punto di vista energetico di un computer.
In questo post abbiamo risposto alla domanda “Quanti calcoli al secondo può fare il cervello umano?”Vi abbiamo spiegato come il cervello umano è stato paragonato ai grandi computer e come hanno cercato di superare il numero di calcoli al secondo che il nostro cervello-macchina può eseguire.
Se avete domande o commenti fatecelo sapere!
Martins, N. R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opis, I., Fre Freitas, R. A. (2019). Interfaccia Cervello umano / Cloud. Frontiers in Neuroscience, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112
Wu, T. Nel 2016 è stato nominato presidente del Consiglio dei Ministri. La capacità del controllo cognitivo stimata da un compito decisionale percettivo. Relazioni scientifiche, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34025
Chen, S., He, Z., Han, X., He, X., Li, R., Zhu, H., Ni Niu, B. (2019). Come Big Data e calcolo ad alte prestazioni guidare la scienza del cervello. Genomica, Proteomica & Bioinformatica, 17(4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003