în acest post vom răspunde la întrebarea ” câte calcule pe secundă poate face creierul uman?”Vă vom explica cum creierul uman a fost comparat cu computerele mari și cum au încercat să depășească numărul de calcule pe secundă pe care mașina noastră de creier le poate efectua.
câte calcule pe secundă poate face creierul uman?
creierul uman poate face un miliard de miliarde de calcule pe secundă,iar aici apar de obicei comparațiile cu supercomputerele actuale.
viața este ritm, este viteză. De fapt, primul simptom că ceva nu este în regulă este atunci când percepem că ritmul este întrerupt: când inima bate mai repede sau mai lent decât în mod normal, când membrii noștri nu răspund la fel de repede pe cât vrem la comenzile noastre, când gândurile curg cu mai lent.
o mare parte din ceasul intern al ritmului vieții noastre se află într-unul dintre cele mai rapide instrumente pe care natura le-a construit: creierul uman.
dacă am putea filma o secundă din viața noastră în mișcare lentă, am vedea că creierul are nevoie de acest timp pentru a deveni abuz. Într-o secundă, fiecare neuron se conectează cu altul de aproximativ 200 de ori, ceea ce înseamnă că înregistrează aproximativ 20.000.000.000.000.000 de biți de informație pe secundă (20 de trilioane de impulsuri pline de informații). Oricât de puternic este, nicio mașină nu poate imita această viteză.
de fapt, oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din Okinawa au încercat să reproducă activitatea unei secunde din viața creierului pe un computer. Au fost necesare 83 de mii de procesoare cu cea mai mare putere de calcul posibilă și 40 de minute de lucru pentru a se apropia de eficiența unei singure secunde a neuronilor noștri.
în ciuda vitezei evazive cu care informațiile curg prin rețeaua noastră neuronală, o experiență poate dura până la șase ore pentru a se consolida ca o memorie pe termen lung. Memoria este mult mai lentă decât gândirea.
o componentă fundamentală a experienței noastre conștiente, sistemul nervos, este și mai rapidă. Nervii sunt alcătuiți din mănunchiuri de fibre nervoase, care transmit potențiale de acțiune către sistemul nervos sau de la sistemul nervos la mușchi.
cu toate acestea, nu toate fibrele nervoase sunt la fel. Unele au un diametru mai mare, iar acestea transmit în general potențialul mai rapid, potențialul de acțiune din fibrele mai groase este transmis la viteza de 120 de metri pe secundă, viteza unei mașini de Formula 1.
în cele mai fine fibre, pe de altă parte, viteza de transmisie este de jumătate de metru pe secundă, cea a unui om care merge, în ceea ce privește experiența sensibilă, potrivit unui studiu realizat de neurologul Mary Potter, de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), putem procesa o imagine în doar 13 milisecunde.
vederea este cea mai rapidă dintre simțurile noastre, în timp ce gustul este cel mai lent: este nevoie de 500 de milisecunde pentru a identifica o aromă, deoarece informațiile legate de miros și atingere trebuie legate și legate de datele oferite de termoreceptori (ca în cazul alimentelor picante).
ce sunt petaflopii?
un flops este o măsură a performanței computaționale și „peta” înseamnă 1015. Deci, un petaflops înseamnă că un computer poate efectua 1.000.000.000.000.000 operații aritmetice de bază pe secundă.
cortexul vizual uman funcționează cu o viteză de un petaflops.
un petaflops este o unitate utilizată pentru a măsura performanța computațională a operațiilor în virgulă mobilă, care sunt acele operații care necesită operații aritmetice cu numere reale extrem de mari și mici.
acronimul pentru a exprima operațiuni în virgulă mobilă pe secundă este FLOPS (operațiuni Poitn plutitoare pe secunde).
operațiunile în care sunt utilizate unități mai mari de un FLOPS sunt exprimate în Sistemul Internațional de unități prin prefixe precum mega, giga, tera. Mai exact, un petaflops este 1015, deși există unități mai mari, toate cu nume de dulciuri (zettaflops 1021 sau yottaflops 1024).
supercalculatoare, cum ar fi China Tianhe 1A (2.5 peta) sau apele albastre, dezvoltate de Universitatea din Illiniois, pot avea o performanță maximă de 10 petaflops și o performanță susținută a unui petaflops, deci, în principiu, potențialul de calcul necesar pentru a simula procesele creierului.
un supercomputer are nevoie de 40 de minute pentru a simula o secundă a activității creierului
simularea creierului uman este atât de complicată încât chiar și unul dintre cele mai puternice supercomputere de pe planetă abia ar putea să o facă după ce a procesat date timp de patruzeci de minute, cu un rezultat echivalent cu o singură secundă a activității creierului.
supercomputerul în cauză este Fujitsu K, un „fost prim” pe lista TOP500, iar sarcina a necesitat aproape 83.000 de procesoare.
siliciul a făcut progrese spectaculoase în ultimii ani, dar din diferite puncte de vedere, cel mai bun computer este încă între urechile noastre, de unde și interesul enorm asociat studierii funcționării sale.
deși experții știu deja să facă față unui proiect de simulare a creierului, adevărul este că puterea de procesare pentru a face acest lucru nu este disponibilă, fapt izbitor dacă considerăm că există supercomputere care au deja scopul de a depăși bariera de o sută de petaflopi . Luați, de exemplu, supercomputerul K, creat de Fujitsu.
la acea vreme, K a ocupat primul loc pe lista TOP500 și, datorită celor zece petaflopi ai săi, rămâne în continuare pe locul patru.
cu toate acestea, atunci când se confruntă cu acest proiect de simulare, supercomputerul K abia a reușit să reproducă echivalentul unei secunde din activitatea creierului … după ce a mestecat numere timp de patruzeci de minute.
potrivit cercetătorilor care au participat la simulare, un total de 82.944 de procesoare cu K la dispoziție au fost folosite pentru a crea o rețea de 1.730 milioane de celule nervoase, conectate la 10,73 miliarde (miliardele noastre) de sinapse.
simularea, bazată pe software-ul open source NEST, avea la dispoziție aproximativ un petabyte de memorie RAM. Vorbim despre răcirea resurselor hardware în comparație cu sistemele personale, dar în ciuda acestor numere, simularea a ajuns să reprezinte doar 1% din rețeaua neuronală din creierul uman.
cercetătorii au arătat clar că scopul principal nu a fost descoperirea de noi informații despre activitatea creierului, ci a apelat la acest model pentru a testa atât capacitățile mediului de simulare, cât și supercomputerul K.
dacă ne supunem numerelor într-un mod liniar, ar fi nevoie de o sută de sisteme K pentru a se potrivi cu rețeaua neuronală a creierului uman și totuși ar exista multe inexactități de corectat. La urma urmei, conexiunile sinapselor au fost aleatorii.
deci, câte calcule pe secundă poate face creierul uman?
ființele umane adesea fantasează despre îmbunătățirea facultăților noastre mentale, ceea ce nu este greșit. Cu toate acestea, rareori acordăm atenție cât de fabuloasă este fizionomia umană și cum funcționează și, prin urmare, pierdem ocazia de a mulțumi pentru ceea ce avem.
creierul nostru are miliarde de neuroni care trimit mesaje prin sinapse o dată sau de două ori pe secundă, ceea ce este în plus față de toate celelalte activități ale creierului; în fiecare secundă a vieții noastre, sinapsele creierului sunt activate de peste 18 trilioane de ori, și asta atunci când lucrează în cel mai mic spectru al capacității lor.
numerele sunt atât de impresionante încât poate fi dificil de imaginat, dar ceea ce este și mai șocant este să credem că creierul nostru are 85 de miliarde de neuroni, care trimit semnale electrice cunoscute sub numele de sinapse la o viteză atât de mare încât fiecare secundă între ele. 18 și 640 de miliarde de semnale care trec prin creierul nostru.
să punem aceste date în perspectivă, făcând o comparație cu un supercomputer japonez care până în 2011 a fost cel mai rapid din lume și care ocupă în prezent Pasul 7.
această mașină a efectuat o simulare în 2013 pentru a imita activitatea creierului uman, în care cele 83 de mii de procesoare au simulat 1, 73 miliarde de neuroni virtuali, conectați prin 10, 4 miliarde de sinapse, care, deși pare mult, reprezintă doar 1% dintr-un creier uman.
în mod surprinzător, mașina a reușit să simuleze echivalentul a 1 secundă din activitatea creierului uman; singurul detaliu este că i-a luat nu 1 secundă, ci 40 de minute pentru a o obține.
în ciuda acestui fapt, experții implicați consideră că acesta este un semn pozitiv în viitor, va fi posibil să se facă simulări ale capacității totale a creierului uman.
Deci, data viitoare când te găsești gândindu-te că creierul tău ar trebui să fie mai rapid, Ia-ți un moment pentru a reflecta asupra minunii care este deja și fii recunoscător pentru asta.
Întrebări frecvente: Câte calcule pe secundă poate face creierul uman?
câte operații poate face creierul uman?
se estimează că creierul nostru este capabil să efectueze aproximativ 10.000 de trilioane de calcule pe secundă, iar aici apar de obicei comparații cu supercomputerele actuale.
câtă putere de calcul are creierul uman?
creierul consumă aproximativ 20 W de putere, în timp ce supercomputerele pot utiliza până la 1 MW sau de ordinul a 100.000 mai mult (notă: limita Landauer este de 3,5 1020 op / sec / watt la temperatura camerei).
în ceea ce privește memoria, de exemplu, diverse studii au stabilit de ani de zile memoria creierului între zece și o sută de terabiți.
cât de multe informații poate creierul să ia într-o zi?
creierul uman are un trilion de neuroni și fiecare formează o mie de conexiuni cu ceilalți, astfel încât să poată lucra la mai multe amintiri în același timp. Dacă am măsura capacitatea creierului nostru, am putea spune că este aproape de 2,5 petabytes (un milion de gigaocteți).
câte calcule pe secundă poate face un computer normal?
în funcție de calitatea computerului, cu cât este mai modern, cu atât este mai rapid, adică un computer desktop este capabil de 100 de milioane de operații PPR în al doilea rând, unele ajung între 150 și 200 de milioane de operații pe secundă.
este creierul tău mai puternic decât un computer?
un computer tipic rulează pe aproximativ 100 de wați de putere. Un creier uman, pe de altă parte, necesită aproximativ 10 wați. Așa este, creierul tău este de zece ori mai eficient din punct de vedere energetic decât un computer.
în acest post am răspuns la întrebarea ” câte calcule pe secundă poate face creierul uman?”V-am explicat cum creierul uman a fost comparat cu computerele mari și cum au încercat să depășească numărul de calcule pe secundă pe care creierul nostru-Mașină le poate efectua.
dacă aveți întrebări sau comentarii, vă rugăm să ne anunțați!
Martins, N. R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opris, I., … Freitas, R. A. (2019). Creierul Uman / Interfață Nor. Frontiere în neuroștiințe, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112
Wu, T., Dufford, A. J., Mackie, M.-A., Egan, L. J., & Fan, J. (2016). Capacitatea controlului cognitiv estimată dintr-o sarcină perceptivă de luare a deciziilor. Rapoarte Științifice, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34025
Chen, S., El, Z., Han, X., El, X., Li, R., Zhu, H., … Niu, B. (2019). Cum Datele mari și calculul de înaltă performanță conduc știința creierului. Genomică, Proteomică & Bioinformatică, 17 (4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003