In dit bericht gaan we de vraag beantwoorden ” Hoeveel berekeningen per seconde kan het menselijk brein doen?”We zullen je uitleggen hoe het menselijk brein is vergeleken met grote computers en hoe ze hebben geprobeerd om het aantal berekeningen per seconde dat onze hersenmachine kan uitvoeren te overschrijden.
hoeveel berekeningen per seconde kan het menselijk brein doen?
het menselijk brein kan een miljard miljard berekeningen per seconde uitvoeren,en hier komen de vergelijkingen met de huidige supercomputers meestal voor.
het leven is ritme, Het is snelheid. In feite is het eerste symptoom dat er iets mis is wanneer we waarnemen dat het ritme wordt gepauzeerd: wanneer het hart sneller of langzamer klopt dan normaal, wanneer onze leden niet zo snel reageren als we willen op onze opdrachten, wanneer gedachten stromen met langzamer.Een groot deel van de interne klok van het ritme van ons leven bevindt zich in een van de snelste werktuigen die de natuur heeft gebouwd: het menselijk brein.
als we een seconde van ons leven in slow motion konden filmen, zouden we zien dat de hersenen die tijd nodig hebben om abuzz te worden. In een seconde elk neuron verbindt met een ander ongeveer 200 keer, dat betekent dat het registreert ongeveer 20.000.000.000.000.000 bits informatie per seconde (20 biljoen impulsen vol informatie). Hoe krachtig het ook is, geen machine kan die snelheid imiteren.In feite probeerden wetenschappers van het Okinawa Institute of Technology de activiteit van een seconde hersenleven op een computer te reproduceren. Het kostte 83 duizend processors met de hoogst mogelijke rekenkracht en 40 minuten werk om dicht bij de efficiëntie van een seconde van onze neuronen te komen.
ondanks de ongrijpbare snelheid waarmee informatie door ons neurale netwerk stroomt, kan het tot zes uur duren om een ervaring te consolideren als een langetermijngeheugen. Geheugen is veel langzamer dan denken.Een fundamenteel onderdeel van onze bewuste ervaring, het zenuwstelsel, is nog sneller. Zenuwen bestaan uit bundels zenuwvezels, die actiepotentialen overbrengen naar het zenuwstelsel, of van het zenuwstelsel naar de spieren.
echter, niet alle zenuwvezels zijn hetzelfde. Sommige zijn groter in diameter, en deze over het algemeen overbrengen de potentiaal sneller, de actiepotentiaal in de dikkere vezels wordt overgedragen met de snelheid van 120 meter per seconde, De snelheid van een Formule 1-auto.
In de fijnste vezels daarentegen bedraagt de transmissiesnelheid een halve meter per seconde, die van een man die loopt, in termen van gevoelige ervaring, volgens een studie uitgevoerd door neuroloog Mary Potter, van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), kunnen we een beeld verwerken in slechts 13 milliseconden.
zicht is de snelste van onze zintuigen, terwijl smaak de traagste is: het duurt 500 milliseconden om een smaak te identificeren, aangezien informatie met betrekking tot geur en aanraking moet worden gekoppeld en gekoppeld aan de gegevens die worden aangeboden door thermoreceptoren (zoals in het geval van kruidig voedsel).
wat zijn petaflops?
a flops is een maat voor computationele prestaties en “peta” betekent 1015. Dus een petaflops betekent dat een computer 1.000.000.000.000.000.000 Basis rekenkundige bewerkingen per seconde kan uitvoeren.
de menselijke visuele cortex werkt met een snelheid van één petaflops.
een petaflops is een eenheid die wordt gebruikt om de computationele prestaties van floating-point operaties te meten, dat zijn operaties die rekenkundige operaties met extreem grote en kleine reële getallen vereisen.
het acroniem voor floating point operaties per seconde is FLOPS (Floating poitn operaties per seconde).
operaties waarbij eenheden van meer dan één FLOPS worden gebruikt, worden in het Internationale Systeem van eenheden uitgedrukt met voorvoegsels zoals mega, giga, tera. Specifiek, een petaflops is 1015, hoewel er grotere eenheden allemaal met namen van snoep (zettaflops 1021 of yottaflops 1024).
Supercomputers zoals Tianhe 1A (2.5 peta) of Blue Waters, ontwikkeld door de Universiteit van Illiniois, kan een maximale prestatie van 10 petaflops en een aanhoudende prestatie van een petaflops, dus in principe, het potentieel van de berekening die nodig is om hersenprocessen te simuleren.
een supercomputer doet er 40 minuten over om een seconde hersenactiviteit te simuleren
het simuleren van de menselijke hersenen is zo ingewikkeld dat zelfs een van de krachtigste supercomputers op de planeet dit nauwelijks kon doen na het verwerken van gegevens gedurende veertig minuten, met een resultaat gelijk aan één seconde hersenactiviteit.
de supercomputer in kwestie is de Fujitsu K, een “voormalige eerste” op de TOP500 lijst, en de taak vereist bijna 83.000 processors.Silicium heeft de laatste jaren spectaculaire vooruitgang geboekt, maar vanuit verschillende gezichtspunten staat de beste computer nog steeds tussen onze oren, vandaar de enorme belangstelling voor het bestuderen van de werking ervan.Hoewel experts al weten hoe ze een hersensimulatieproject moeten aanpakken, is de waarheid dat de rekenkracht om dit te doen niet beschikbaar is, een opvallend feit als we bedenken dat er supercomputers zijn die al het doel hebben om de barrière van honderd petaflops te overwinnen . Neem bijvoorbeeld de supercomputer K, gemaakt door Fujitsu.Op dat moment stond K op de eerste plaats in de TOP500 en dankzij zijn tien petaflops staat hij nog steeds op de vierde plaats.
bij dit simulatieproject slaagde de supercomputer K er echter nauwelijks in om het equivalent van een seconde hersenactiviteit te reproduceren … na veertig minuten kauwen.
volgens de onderzoekers die aan de simulatie deelnamen, werden in totaal 82.944 processoren met K tot hun beschikking gebruikt om een netwerk van 1.730 miljoen zenuwcellen te creëren, verbonden met 10,73 miljard (onze miljarden) synapsen.
de simulatie, gebaseerd op de open source software NEST, beschikte over een petabyte RAM. We hebben het over koelere hardware vergeleken met persoonlijke systemen, maar ondanks deze cijfers, vertegenwoordigde de simulatie slechts 1 procent van het neurale netwerk in het menselijk brein.
de onderzoekers maakten duidelijk dat het hoofddoel niet was om nieuwe informatie over hersenactiviteit te ontdekken, maar in plaats daarvan wendde zij zich tot dit model om zowel de mogelijkheden van de simulatieomgeving als de supercomputer K te testen.
als we de getallen op een lineaire manier gehoorzamen, zouden er honderd K-systemen nodig zijn om het neurale netwerk van de menselijke hersenen aan te passen, en toch zouden er vele onnauwkeurigheden zijn om te corrigeren. Immers, de synaps verbindingen waren willekeurig.
dus, hoeveel berekeningen per seconde kan het menselijk brein doen?
mensen fantaseren vaak over het verbeteren van onze mentale vermogens, wat niet verkeerd is. We besteden echter zelden aandacht aan hoe fantastisch de menselijke fysionomie en hoe het werkt, en daarom missen we een kans om dank te geven voor wat we hebben.
ons brein heeft miljarden neuronen die een of twee keer per seconde berichten door synapsen sturen, wat een aanvulling is op alle andere hersenactiviteit; elke seconde van ons leven worden de synapsen van de hersenen meer dan 18 biljoen keer geactiveerd, en dat wanneer ze in het laagste spectrum van hun capaciteit werken.
de getallen zijn zo indrukwekkend dat het moeilijk voor te stellen is, maar wat nog schokkender is, is te denken dat onze hersenen 85 miljard neuronen hebben, die elektrische signalen, bekend als synapsen, met zo ‘ n snelheid sturen dat elke seconde ertussen. 18 en 640 miljard signalen die door onze hersenen gaan.
laten we deze gegevens in perspectief plaatsen, een vergelijking maken met een Japanse supercomputer die tot 2011 de snelste ter wereld was en die momenteel Stap 7 bezet.
deze machine voerde in 2013 een simulatie uit om de activiteit van het menselijk brein na te bootsen, waarbij de 83 duizend processors 1,73 miljard virtuele neuronen simuleerden, verbonden door 10,4 miljard synapsen, wat, hoewel het veel lijkt, slechts 1% van het menselijk brein is.Verrassend genoeg is de machine erin geslaagd om het equivalent van 1 seconde menselijke hersenactiviteit te simuleren; het enige detail is dat het hem niet 1 seconde maar 40 minuten kostte om het te krijgen.
desondanks zijn de betrokken deskundigen van mening dat dit een positief teken is dat het in de toekomst mogelijk zal zijn simulaties uit te voeren van de totale capaciteit van de menselijke hersenen.De volgende keer dat je denkt dat je hersenen sneller zouden moeten zijn, neem dan even de tijd om na te denken over het wonder dat het al is en wees er dankbaar voor.
FAQ ‘ s: Hoeveel berekeningen per seconde kan het menselijk brein doen?
hoeveel operaties kunnen de menselijke hersenen uitvoeren?
men schat dat onze hersenen in staat zijn om ongeveer 10.000 biljoen berekeningen per seconde uit te voeren, en hier komen gewoonlijk vergelijkingen met huidige supercomputers voor.
hoeveel rekenkracht heeft het menselijk brein?
de hersenen verbruiken ongeveer 20 W vermogen, terwijl supercomputers tot 1 MW of ongeveer 100.000 meer kunnen gebruiken (Opmerking: De Landauer limiet is 3,5×1020 op / sec / watt bij kamertemperatuur).
in termen van geheugen bijvoorbeeld, hebben verschillende studies jarenlang het geheugen van de hersenen tussen tien en honderd terabytes gesteld.
hoeveel informatie kan de hersenen per dag innemen?
het menselijk brein heeft een biljoen neuronen, en elk daarvan vormt duizend verbindingen met anderen, zodat ze tegelijkertijd aan meerdere herinneringen kunnen werken. Als we de capaciteit van onze hersenen zouden meten, zouden we kunnen zeggen dat het dicht bij 2,5 petabyte (een miljoen Gigabyte) ligt.
hoeveel berekeningen per seconde kan een normale computer doen?
afhankelijk van de kwaliteit van de computer, hoe moderner hij is, hoe sneller hij is, dat wil zeggen dat een desktopcomputer 100 miljoen bewerkingen per seconde kan uitvoeren, waarvan sommige tussen de 150 en 200 miljoen bewerkingen per seconde bereiken.
zijn uw hersenen krachtiger dan een computer?
een typische computer draait op ongeveer 100 watt vermogen. Een menselijk brein daarentegen heeft ongeveer 10 watt nodig. Dat klopt, je hersenen zijn tien keer energiezuiniger dan een computer.
In dit bericht beantwoordden we de vraag “hoeveel berekeningen per seconde kan het menselijk brein doen?”We hebben uitgelegd hoe het menselijk brein is vergeleken met grote computers en hoe ze hebben geprobeerd om het aantal berekeningen per seconde dat onze hersenen-machine kan uitvoeren te overschrijden.
als u vragen of opmerkingen heeft, laat het ons weten!Martins, N. R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opris, I., … Freitas, R. A. (2019). Menselijke Hersenen / Cloud Interface. De geschiedenis van de wetenschap, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112
Wu, T., Dufford, A. J., Mackie, M.-A., Egan, L. J., & Fan, J. (2016). De capaciteit van cognitieve controle geschat op basis van een perceptuele Beslissingstaak. Wetenschappelijke Verslagen, 6 (1). https://doi.org/10.1038/srep34025
Chen, S., Hij, Z., Han, X., Hij, X., Li, R., Zhu, H., … Niu, B. (2019). Hoe Big Data en High-performance Computing hersenwetenschap aandrijven. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 17 (4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003