w tym poście odpowiemy na pytanie „Ile obliczeń na sekundę może wykonać ludzki mózg?”Wyjaśnimy Ci, w jaki sposób ludzki mózg został porównany do dużych komputerów i jak próbowano przekroczyć liczbę obliczeń na sekundę, którą może wykonać nasza maszyna mózgowa.
ile obliczeń na sekundę może wykonać ludzki mózg?
ludzki mózg może wykonać miliard miliardów obliczeń na sekundę, a tutaj zwykle zdarzają się porównania z obecnymi superkomputerami.
życie to rytm, to szybkość. W rzeczywistości pierwszym objawem, że coś jest nie tak, jest to, gdy postrzegamy, że rytm jest wstrzymany: kiedy serce bije szybciej lub wolniej niż normalnie, kiedy nasi członkowie nie reagują tak szybko, jak chcemy na nasze polecenia, kiedy myśli płyną wolniej.
znaczna część wewnętrznego zegara rytmu naszego życia znajduje się w jednym z najszybszych narzędzi zbudowanych przez naturę: ludzkim mózgu.
gdybyśmy mogli sfilmować sekundę naszego życia w zwolnionym tempie, zobaczylibyśmy, że mózg potrzebuje tego czasu, aby stać się tętniącym życiem. W ciągu sekundy każdy neuron łączy się z innym około 200 razy, co oznacza, że rejestruje około 20 000 000 000 000 000 bitów informacji na sekundę (20 bilionów impulsów pełnych informacji). Tak potężna, jak jest, żadna maszyna nie może naśladować tej prędkości.
w rzeczywistości naukowcy z Okinawa Institute of Technology próbowali odtworzyć aktywność sekundy życia mózgu na komputerze. Potrzeba było 83 tysięcy procesorów o najwyższej możliwej mocy obliczeniowej i 40 minut pracy, aby zbliżyć się do wydajności jednej sekundy naszych neuronów.
pomimo nieuchwytnej prędkości, z jaką informacje przepływają przez naszą sieć neuronową, konsolidacja pamięci długotrwałej może potrwać do sześciu godzin. Pamięć jest znacznie wolniejsza niż myślenie.
podstawowy element naszego świadomego doświadczenia, układ nerwowy, jest jeszcze szybszy. Nerwy składają się z wiązek włókien nerwowych, które przenoszą potencjały działania do układu nerwowego lub z układu nerwowego do mięśni.
jednak nie wszystkie włókna nerwowe są takie same. Niektóre mają większą średnicę, a te na ogół przekazują potencjał szybciej, potencjał działania w grubszych włóknach jest przenoszony z prędkością 120 metrów na sekundę, prędkość samochodu Formuły 1.
z kolei w najlepszych włóknach prędkość transmisji wynosi pół metra na sekundę, prędkość człowieka chodzącego, pod względem wrażliwego doświadczenia, według badań przeprowadzonych przez neurologa Mary Potter z Massachusetts Institute of Technology (MIT), możemy przetworzyć obraz w zaledwie 13 milisekund.
wzrok jest najszybszy z naszych zmysłów, podczas gdy smak jest najwolniejszy: identyfikacja smaku zajmuje 500 milisekund, ponieważ informacje dotyczące zapachu i dotyku muszą być powiązane i powiązane z danymi oferowanymi przez termoreceptory (jak w przypadku pikantnych potraw).
czym są petaflopy?
flops jest miarą wydajności obliczeniowej, a „peta” oznacza 1015. Petaflops oznacza, że komputer może wykonać 1 000 000 000 000 000 podstawowych operacji arytmetycznych na sekundę.
ludzka kora wzrokowa działa z prędkością jednego petaflopa.
petaflops jest jednostką używaną do pomiaru wydajności obliczeniowej operacji zmiennoprzecinkowych, czyli tych operacji, które wymagają operacji arytmetycznych z bardzo dużymi i małymi liczbami rzeczywistymi.
akronimem wyrażającym operacje zmiennoprzecinkowe na sekundę jest FLOPS (Floating poitn operations per second).
operacje, w których stosuje się jednostki większe niż jeden flop, są wyrażane w międzynarodowym systemie jednostek za pomocą przedrostków takich jak mega, giga, tera. Konkretnie, petaflops to 1015, chociaż istnieją większe jednostki, wszystkie z nazwami słodyczy (zettaflops 1021 lub yottaflops 1024).
5 peta) lub Blue Waters, opracowany przez Uniwersytet w Illiniois, może mieć maksymalną wydajność 10 petaflopów i trwałą wydajność jednego petaflopa, więc w zasadzie potencjał obliczeniowy potrzebny do symulacji procesów mózgowych.
superkomputer zajmuje 40 minut, aby symulować jedną sekundę aktywności mózgu
symulacja ludzkiego mózgu jest tak skomplikowana, że nawet jeden z najpotężniejszych superkomputerów na planecie ledwo mógł to zrobić po przetworzeniu danych przez 40 minut, z wynikiem równoważnym jednej sekundzie aktywności mózgu.
omawianym superkomputerem jest Fujitsu K, „były pierwszy” na liście TOP500, a zadanie wymagało prawie 83 tysięcy procesorów.
Silikon poczynił w ostatnich latach spektakularne postępy, ale z różnych punktów widzenia najlepszy komputer wciąż znajduje się między naszymi uszami, stąd ogromne zainteresowanie związane z badaniem jego działania.
chociaż eksperci już wiedzą, jak stawić czoła projektowi symulacji mózgu, prawda jest taka, że moc obliczeniowa do tego nie jest dostępna, co jest uderzającym faktem, jeśli weźmiemy pod uwagę, że istnieją superkomputery, które mają już za cel pokonanie bariery stu petaflopów . Weźmy na przykład superkomputer K, stworzony przez Fujitsu.
w tym czasie K zajął pierwsze miejsce na liście TOP500, a dzięki dziesięciu petaflopom nadal pozostaje na czwartym miejscu.
jednak w obliczu tego projektu symulacyjnego superkomputer K ledwo zdołał odtworzyć ekwiwalent jednej sekundy aktywności mózgu … po 40 minutach żucia liczb.
według badaczy, którzy uczestniczyli w symulacji, do stworzenia sieci 1730 milionów komórek nerwowych, połączonych z 10,73 miliardów (naszych miliardów) synaps użyto łącznie 82 944 procesorów z K do ich dyspozycji.
symulacja, oparta na gnieździe oprogramowania open source, miała do dyspozycji około petabajta pamięci RAM. Mówimy o chłodzeniu zasobów sprzętowych w porównaniu z systemami osobistymi, ale pomimo tych liczb, symulacja stanowiła tylko 1% sieci neuronowej w ludzkim mózgu.
naukowcy wyjaśnili, że głównym celem nie było odkrywanie nowych informacji na temat aktywności mózgu, ale zamiast tego zwrócili się do tego modelu, aby przetestować zarówno możliwości środowiska symulacyjnego, jak i superkomputera K.
gdybyśmy posłużyli się liczbami w sposób liniowy, zajęłoby to 100 K systemów, aby dopasować sieć neuronową ludzkiego mózgu, a jednak byłoby wiele nieścisłości do skorygowania. W końcu połączenia synapsowe były przypadkowe.
ile obliczeń na sekundę może wykonać ludzki mózg?
ludzie często fantazjują o wzmacnianiu naszych zdolności umysłowych, co nie jest złe. Rzadko jednak zwracamy uwagę na to, jak fantastyczna jest ludzka fizjonomia i jak ona działa, dlatego tracimy okazję, aby podziękować za to, co mamy.
nasz mózg ma miliardy neuronów, które wysyłają wiadomości przez synapsy raz lub dwa razy na sekundę, co jest dodatkiem do wszystkich innych aktywności mózgu; w każdej sekundzie naszego życia synapsy mózgu są aktywowane ponad 18 bilionów razy, a gdy pracują w najniższym spektrum ich zdolności.
liczby są tak imponujące, że trudno je sobie wyobrazić, ale jeszcze bardziej szokujące jest myślenie, że nasz mózg ma 85 miliardów neuronów, które wysyłają sygnały elektryczne znane jako synapsy z taką prędkością, że co sekundę pomiędzy nimi. 18 i 640 miliardów sygnałów przechodzących przez nasz mózg.
spójrzmy na te dane z perspektywy, porównując je z japońskim superkomputerem, który do 2011 roku był najszybszy na świecie i który obecnie zajmuje krok numer 7.
maszyna ta przeprowadziła symulację w 2013 roku, aby naśladować aktywność ludzkiego mózgu, w którym jej 83 tysiące procesorów symulowało 1,73 miliarda wirtualnych neuronów, połączonych 10,4 miliarda synaps, które, choć wydaje się dużo, stanowią tylko 1% ludzkiego mózgu.
co zaskakujące, maszyna zdołała zasymulować odpowiednik 1 sekundy aktywności ludzkiego mózgu; jedynym szczegółem jest to, że uzyskanie go zajęło mu nie 1 sekundę, ale 40 minut.
mimo to zaangażowani eksperci uważają, że jest to pozytywny znak w przyszłości możliwe będzie przeprowadzenie symulacji całkowitej pojemności ludzkiego mózgu.
więc następnym razem, gdy myślisz, że twój mózg powinien być szybszy, poświęć chwilę na zastanowienie się nad cudem, jaki już jest i bądź za to wdzięczny.
FAQS: Ile obliczeń na sekundę może wykonać ludzki mózg?
ile operacji może wykonać ludzki mózg?
szacuje się, że nasze mózgi są w stanie wykonać około 10 000 bilionów obliczeń na sekundę, a tutaj zwykle zdarzają się porównania z obecnymi superkomputerami.
ile mocy obliczeniowej ma ludzki mózg?
mózg zużywa około 20 W mocy, podczas gdy superkomputery mogą zużywać nawet 1 MW lub rzędu 100 000 więcej (Uwaga: limit Landauera wynosi 3,5×1020 op / sek / Wat w temperaturze pokojowej).
jeśli chodzi o pamięć, na przykład różne badania od lat ustalają pamięć mózgu między dziesięcioma a setnymi terabajtami.
ile informacji może przyjąć mózg w ciągu dnia?
ludzki mózg ma bilion neuronów, a każdy z nich tworzy tysiąc połączeń z innymi, dzięki czemu mogą pracować nad kilkoma wspomnieniami w tym samym czasie. Gdybyśmy zmierzyli pojemność naszego mózgu, moglibyśmy powiedzieć, że jest blisko 2,5 petabajtów (milion gigabajtów).
ile obliczeń na sekundę może wykonać normalny komputer?
w zależności od jakości komputera, im bardziej nowoczesny, tym szybszy, czyli komputer stacjonarny jest w stanie wykonać 100 milionów operacji ppr na sekundę, niektóre osiągają od 150 do 200 milionów operacji na sekundę.
czy twój mózg jest potężniejszy od komputera?
typowy komputer działa na około 100 watów mocy. Z drugiej strony ludzki mózg wymaga około 10 watów. To prawda, twój mózg jest dziesięć razy bardziej energooszczędny niż komputer.
w tym poście odpowiedzieliśmy na pytanie „Ile obliczeń na sekundę może wykonać ludzki mózg?”Wyjaśniliśmy, w jaki sposób ludzki mózg został porównany do dużych komputerów i w jaki sposób próbowano przekroczyć liczbę obliczeń na sekundę, które może wykonać nasza maszyna mózgowa.
jeśli masz jakieś pytania lub uwagi, daj nam znać!
Martins, N. R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opris, I., … Freitas, R. A. (2019). Interfejs Ludzki Mózg / Chmura. Frontiers in Neuroscience, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112
, Dufford, A. J., Mackie, M.-A., Egan, L. J., & Fan, J. (2016). Zdolność kontroli poznawczej oszacowana na podstawie zadania podejmowania decyzji percepcyjnych. Raporty Naukowe, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34025
Chen, S., He, Z., Han, X., He, X., Li, R., Zhu, H., … Niu, B. (2019). Jak duże zbiory danych i wysokowydajne obliczenia napędzają naukę mózgu. Genomics, Proteomics & Bioinformatics, 17 (4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003