i det här inlägget kommer vi att svara på frågan ” hur många beräkningar per sekund kan den mänskliga hjärnan göra?”Vi kommer att förklara för dig hur den mänskliga hjärnan har jämförts med stora datorer och hur de har försökt överstiga antalet beräkningar per sekund som vår hjärnmaskin kan utföra.
hur många beräkningar per sekund kan den mänskliga hjärnan göra?
den mänskliga hjärnan kan göra en miljard miljarder beräkningar per sekund,och här förekommer jämförelserna med nuvarande superdatorer vanligtvis.
livet är rytm, det är hastighet. Faktum är att det första symptomet på att något är fel är när vi uppfattar att rytmen är pausad: när hjärtat slår snabbare eller långsammare än normalt, när våra medlemmar inte svarar så snabbt som vi vill ha våra kommandon, när tankar flyter med långsammare.
mycket av den interna klockan i rytmen i vårt liv ligger i ett av de snabbaste verktygen som naturen har byggt: den mänskliga hjärnan.
om vi kunde filma en sekund av våra liv i slow motion, skulle vi se att hjärnan tar den tiden att bli abuzz. På en sekund ansluter varje neuron till en annan cirka 200 gånger, det betyder att den registrerar cirka 20 000 000 000 000 000 bitar information per sekund (20 biljoner impulser fulla av information). Så kraftfull som den är, ingen maskin kan imitera den hastigheten.
faktum är att forskare från Okinawa Institute of Technology försökte reproducera aktiviteten hos en sekund av hjärnlivet på en dator. Det tog 83 tusen processorer med högsta möjliga datorkraft och 40 minuters arbete för att komma nära effektiviteten i en enda sekund av våra neuroner.
trots den svårfångade hastigheten med vilken information flyter genom vårt neurala nätverk kan en upplevelse ta upp till sex timmar att konsolidera som ett långsiktigt minne. Minnet är mycket långsammare än att tänka.
en grundläggande del av vår medvetna upplevelse, nervsystemet, är ännu snabbare. Nerver består av buntar av nervfibrer, som överför handlingspotentialer till nervsystemet eller från nervsystemet till muskler.
men inte alla nervfibrer är desamma. Vissa är större i diameter, och dessa överför i allmänhet potentialen snabbare, åtgärdspotentialen i de tjockare fibrerna överförs med en hastighet av 120 meter per sekund, hastigheten på en formel 1-bil.
i de finaste fibrerna är å andra sidan överföringshastigheten en halv meter per sekund, den hos en man som går, när det gäller känslig erfarenhet, enligt en studie utförd av neurologen Mary Potter, från Massachusetts Institute of Technology (MIT), kan vi bearbeta en bild på bara 13 millisekunder.
Sight är den snabbaste av våra sinnen, medan smaken är den långsammaste: det tar 500 millisekunder att identifiera en smak, eftersom information relaterad till lukt och beröring måste kopplas och kopplas till de data som erbjuds av termoreceptorer (som i fallet med kryddig mat).
vad är petaflops?
en flops är ett mått på beräkningsprestanda och ”peta” betyder 1015. Så en petaflops betyder att en dator kan utföra 1 000 000 000 000 000 grundläggande aritmetiska operationer per sekund.
den mänskliga visuella cortexen arbetar med en hastighet av en petaflops.
en petaflops är en enhet som används för att mäta beräkningsprestanda för flytpunktsoperationer, som är de operationer som kräver aritmetiska operationer med extremt stora och små reella tal.
förkortningen för att uttrycka flyttalsoperationer per sekund är FLOPS (flytande poitn-operationer per sekund).
operationer där enheter större än en FLOPS används uttrycks i det internationella systemet för enheter med prefix som mega, giga, tera. Specifikt är en petaflops 1015, även om det finns större enheter alla med namn på godis (zettaflops 1021 eller yottaflops 1024).
superdatorer som Kinas Tianhe 1A (2.5 peta) eller blått vatten, utvecklat av University of Illiniois, kan ha en maximal prestanda på 10 petaflops och en hållbar prestanda för en petaflops, så i princip är beräkningspotentialen nödvändig för att simulera hjärnprocesser.
en superdator tar 40 minuter att simulera en sekund av hjärnaktivitet
att simulera den mänskliga hjärnan är så komplicerat att även en av de mest kraftfulla superdatorerna på planeten knappt kunde göra det efter att ha bearbetat data i ett utrymme på fyrtio minuter, med ett resultat som motsvarar en enda sekund av hjärnaktivitet.
superdatorn i fråga Är Fujitsu K, en ”tidigare första” på TOP500-listan, och uppgiften krävde nästan 83 000 processorer.
kisel har gjort spektakulära framsteg de senaste åren, men ur olika synvinklar är den bästa datorn fortfarande mellan våra öron, därmed det enorma intresset för att studera dess funktion.
även om experter redan vet hur man ska möta ett hjärnsimuleringsprojekt, är sanningen att processorkraften för att göra det inte är tillgänglig, ett slående faktum om vi anser att det finns superdatorer som redan har som mål att övervinna barriären på hundra petaflops . Ta till exempel superdatorn K, skapad av Fujitsu.
vid den tiden tog K första plats på TOP500-listan, och tack vare sina tio petaflops är han fortfarande på fjärde plats.
men när man mötte detta simuleringsprojekt lyckades superdatorn K knappt reproducera motsvarande en sekund hjärnaktivitet … efter att ha tuggat siffror i fyrtio minuter.
enligt forskarna som deltog i simuleringen användes totalt 82 944 processorer med K till sitt förfogande för att skapa ett nätverk av 1 730 miljoner nervceller, kopplade till 10,73 miljarder (våra miljarder) synapser.
simuleringen, baserad på open source-programvaran NEST, hade till sitt förfogande om en petabyte RAM. Vi pratar om att kyla hårdvaruresurser jämfört med personliga system, men trots dessa siffror kom simuleringen bara att representera 1 procent av det neurala nätverket i den mänskliga hjärnan.
forskarna gjorde det klart att huvudmålet inte var att upptäcka ny information om hjärnaktivitet utan istället vände sig till denna modell för att testa både simuleringsmiljöns och superdatorns förmåga K.
om vi följer siffrorna på ett linjärt sätt skulle det ta hundra k-system för att matcha det mänskliga hjärnans neurala nätverk, och ändå skulle det finnas många felaktigheter att korrigera. Synapsanslutningarna var trots allt slumpmässiga.
så, hur många beräkningar per sekund kan den mänskliga hjärnan göra?
människor fantaserar ofta om att förbättra våra mentala förmågor, vilket inte är fel. Men vi uppmärksammar sällan hur fantastisk den mänskliga fysiognomin och hur den fungerar, och därför missar vi en möjlighet att tacka för det vi har.
vår hjärna har miljarder neuroner som skickar meddelanden över synapser en eller två gånger i sekunden, vilket är utöver all annan hjärnaktivitet; varje sekund av våra liv aktiveras hjärnans synapser mer än 18 biljoner gånger, och det när de arbetar i det lägsta spektrumet av sin kapacitet.
siffrorna är så imponerande att det kan vara svårt att föreställa sig, men det som är ännu mer chockerande är att tro att vår hjärna har 85 miljarder neuroner, som skickar elektriska signaler som kallas synapser med en sådan hastighet att varje sekund däremellan. 18 och 640 miljarder signaler som passerar genom vår hjärna.
Låt oss sätta dessa data i perspektiv och göra en jämförelse med en japansk superdator som fram till 2011 var den snabbaste i världen och som för närvarande upptar steg nummer 7.
denna maskin genomförde en simulering 2013 för att efterlikna den mänskliga hjärnans aktivitet, där dess 83 tusen processorer simulerade 1, 73 miljarder virtuella neuroner, förbundna med 10, 4 miljarder synapser, som, även om det verkar som mycket, bara är 1% av en mänsklig hjärna.
överraskande lyckades maskinen simulera motsvarande 1 sekund av mänsklig hjärnaktivitet; den enda detaljerna är att det tog honom inte 1 sekund men 40 minuter att få det.
trots detta tror de berörda experterna att detta är ett positivt tecken i framtiden kommer det att vara möjligt att göra simuleringar av den mänskliga hjärnans totala kapacitet.
så nästa gång du tänker att din hjärna ska vara snabbare, ta en stund att reflektera över det underverk det redan är och vara tacksam för det.
vanliga frågor: Hur många beräkningar per sekund kan den mänskliga hjärnan göra?
hur många operationer kan den mänskliga hjärnan göra?
det uppskattas att våra hjärnor kan utföra cirka 10 000 biljoner beräkningar per sekund, och här förekommer vanligtvis jämförelser med nuvarande superdatorer.
hur mycket datorkraft har den mänskliga hjärnan?
hjärnan förbrukar cirka 20 W kraft, medan superdatorer kan använda så mycket som 1 MW eller i storleksordningen 100 000 mer (notera: Landauer-gränsen är 3,5 1020 op / sek / watt vid rumstemperatur).
när det gäller minne har till exempel olika studier i flera år satt hjärnans minne mellan tio och hundra terabyte.
hur mycket information kan hjärnan ta på en dag?
den mänskliga hjärnan har en biljon neuroner, och var och en bildar tusen kontakter med andra, så att de kan arbeta på flera minnen samtidigt. Om vi mätte hjärnans kapacitet kan vi säga att den ligger nära 2, 5 petabyte (en miljon Gigabyte).
hur många beräkningar per sekund kan en vanlig dator göra?
beroende på datorns kvalitet, ju modernare den är, desto snabbare är den, det vill säga en stationär dator kan 100 miljoner operationer ppr sekund, vissa når mellan 150 och 200 miljoner operationer per sekund.
är din hjärna mer kraftfull än en dator?
en vanlig dator körs på cirka 100 watt. En mänsklig hjärna, å andra sidan, kräver ungefär 10 watt. Det stämmer, din hjärna är tio gånger mer energieffektiv än en dator.
i det här inlägget svarade Vi på frågan ” hur många beräkningar per sekund kan den mänskliga hjärnan göra?”Vi har förklarat för dig hur den mänskliga hjärnan har jämförts med stora datorer och hur de har försökt överskrida antalet beräkningar per sekund som vår hjärnmaskin kan utföra.
om du har några frågor eller kommentarer vänligen meddela oss!
Martins, N. R. B., Angelica, A., Chakravarthy, K., Svidinenko, Y., Boehm, F. J., Opris, I., … Freitas, R. A. (2019). Mänsklig Hjärna / Moln Gränssnitt. Gränser inom neurovetenskap, 13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00112
Wu, T., Dufford, A. J., Mackie, M.-A., Egan, L. J., & Fan, J. (2016). Kapaciteten för kognitiv kontroll beräknad från en perceptuell beslutsfattande uppgift. Vetenskapliga Rapporter, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34025
Chen, S., Han, Z., Han, X., Han, X., Li, R., Zhu, H., … Niu, B. (2019). Hur stora Data och högpresterande datorer Driver hjärnvetenskap. Genomik, Proteomik & Bioinformatik, 17 (4), 381-392. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2019.09.003