evan_gcrm (evan_gcrm) wrote,
evan_gcrm
evan_gcrm

Цифровой мозг



Представьте, что люди нашли на Марсе разумную машину. А может и не машину, кто знает?
В любом случае, ведет себя этот фрукт разумно.
И потому, как у людей принято, надо его разобрать на винтики, чтобы понять, как он устроен, как работает и, главное, откуда в нем «ум» берется. Ведь ведет он себя ну очень умно — прямо как человек.

Далее события, скорее всего, развивались бы так:


Сначала разобрались бы с аппаратурой мозга — HW

1) Нашли, где у этого фрукта находится «ум». Как и ожидалось, — в мозге.
2) Разобрались, из каких частей этот мозг состоит, и как его части взаимосвязаны.
3) Затем бы поняли, что за процессы протекают в мозге, — оказалось, что электро-химические процессы.
4) Разобрались бы, как эти процессы протекают, чем стимулируются и тормозятся.
5) Наконец, построили бы всяческие карты мозга: статические — как он устроен, и динамические — как в нем проходят разные типы процессов.

В результате стало бы понятно, как, используя компьютерную терминологию, устроена аппаратура (или по-анлгийски — хардвер (HW)) мозга.

Но как двигаться дальше в изучении того, как в мозге появляется «ум»?
Ведь для этого нужно понять, чем управляется этот HW?
Что заставляет его работать так или иначе?

Следовательно, нужно разобраться с программатурой мозга — SW

И тут возможны 2 основных варианта:
- либо мозг работает подобно аналоговому компьютеру, обрабатывающему аналоговые сигналы, несущие непрерывную информацию?
- либо подобно цифровому компьютеру, обрабатывающему цифровые сигналы, несущие информацию в виде дискретных символов (например, цифр какой-то из систем исчисления)?


Теоретически возможны и иные варианты работы мозга (например, квантовый или основанный на топологической структуре конечных графов в трехмерном пространстве), но мы пока их не рассматриваем хотя бы из-за принципа Оккама (не будем привлекать новые сущности без крайней на то необходимости).

Фундаментальное различие 2х вышеназванных вариантов в том — КАК будет работать «компьютер», реализующий исследуемый нами мозг:
✔️ путем загрузки в него исполняемых программ — софтвера SW?
✔️ либо без каких-либо программ, а на основе перекоммутации элементов мозга (SW в принципе нет)?

Оказывается, что приведенный выше пример с найденным на Марсе то ли марсианином, то ли его компьютером на 100% применим к человеку и его мозгу.

Т.е. человечество сейчас находится ровно в такой же ситуации по отношению к своему собственному мозгу.
– уже более-менее разобрались с HW мозга и вплотную подошли к вопросу о его SW,
– но куда двигаться дальше, не совсем понятно, поскольку это зависит от того, аналоговый у нас мозг или цифровой.


Иными словами, с HW мозга худо-бедно разобрались, а с SW не понятно в принципе: то ли он есть, то ли его вообще нет.

А чтобы ответить на этот вопрос, нужно-таки понять, в каком же все же виде хранится, передается и обрабатывается информация в мозге:
– в непрерывном?
– или дискретном?


По виду этих сигналов не поймешь: похоже и на то, и на другое. Сами сигналы — вполне себе непрерывные. Но их всплески (спайки) могут трактоваться и как двоичные 0 и 1.



По теории связи, — мозг цифровой

Теория связи Шеннона утверждает, что непрерывное представление информации в мозге невозможно из-за шумов.

Экспериментально проверено, что, например, визуальная информация передается на относительно большое расстояние (через зрительный нерв к зрительной коре мозга) при наличии значительных шумов (тепловой шум, потери проводимости, нейробиологические изъяны).

Сохранение точности передаваемого сигнала на таком расстоянии при таких шумах, согласно теории связи, возможно лишь для дискретного (цифрового) сигнала.

Другой убойный аргумент в пользу «цифрового мозга» — память.

Дискретную информацию (например, с CD, DVD или из памяти цифровой фотокамеры) можно сколь угодно много считывать без каких-либо потерь в качестве ее записи. Для записанного непрерывного сигнала (на виниловой пластинке или фотопленке) это совсем не так. Чем больше считываний — тем больше потери качества записи.

[А вот пример, показывающий принципиальную разницу временных горизонтов человеческой памяти при попытках запомнить дискретную (цифровую) и непрерывную (целостный визуальный образ) информацию:]
А вот пример, показывающий принципиальную разницу временных горизонтов человеческой памяти при попытках запомнить дискретную (цифровую) и непрерывную (целостный визуальный образ) информацию:

Представьте себе эксперимент, когда вам быстро (на время около 200 мсек) показывают некоторое количество точек на экране, а затем после задержки появляется еще один набор точек (также на 200 мсек). Ваша задача — определить, одинаковое ли количество точек вы видели в 1й и 2й раз.

Если количество точек на первом экране невелико (скажем до 10), вы можете сделать это отлично на любой задержке между показом 1го и 2го экрана (1 мин или 1 час или даже 1 день). Почему? Да потому, что вы точно подсчитаете, сколько точек было на первом экране и сохраните эту информацию в памяти в виде дискретного символа (цифры).

Но если число точек на первом экране большое (например, 47), у вас нет времени их подсчитать. Вместо этого вы сохраняете «впечатление», которые являются непрерывным аналогом дискретного количества точек на экране. И чем больше будет задержка между первым и вторым экранами, тем хуже будут ваши результаты. А причина в том, что непрерывная информация будет терять в качестве. И чем больше будет задержка, тем сильнее эти потери.


Получается, что по теории связи — мозг цифровой.

Во всем остальном — мозг аналоговый.

Это «все остальное» включает в себя 2 группы аргументов, которые условно можно назвать:
- инженерные аргументы;
- метанаучные.


Примером инженерного аргумента, ставящего под вопрос возможность существования цифрового мозга — потребляемая им энергия, которая на много порядков ниже предельных значений, согласующихся с существующими технологиями.

- Самый мощный в мире китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight имеет производительность 93 петафлопса (1 петафлопс равен квадриллионну операций с плавающей запятой в секунду) и потребляет 15,371 мегаватт электроэнергии. Т.е. имеет показатель Производительность/Мощность, примерно, 6 мегафлопс на ватт.
- Самый лучший по этому показателю суперкомпьютер в мире — японский Gyoukou (производительность — 19 петафлопс) имеет, примерно, 14 гигафлопс на ватт.
- А человеческий мозг, при оценочной производительности в 38 петафлопс, потребляет всего 20 ватт. Т.е. без малого 2 петафлопса на ватт.


Как сделать цифровые компьютеры в миллион раз менее энергоемкими — пока неизвестно.
А вот с аналоговыми компьютерами (и мозгом) можно попробовать.
Тут даже теорема доказана, (теорема Пур-Эл-Ричардса), что аналоговые компьютеры более мощные, чем цифровые (в качестве примера авторы теоремы приводят числа, которые, как доказано, вообще не вычисляются с помощью цифровых компьютеров, но могут быть вычислены с помощью простого аналогового компьютера).

И поэтому инженерам ничего не остается, как пытаться снижать энергопотребление высокопроизводительных вычислений, придумывая новую аналоговую и гибридную электронику.

В качестве примера метанаучной аргументации в пользу того, что мозг аналоговый, а не цифровой, отошлю вас к замечательной лекции легендарного физика и математика Фримона Дайсона «Является ли мозг аналоговым или цифровым?»
Если совсем коротко, то Фримон Дайсон так аргументировал, почему мозг, возможно, аналоговый, но уж точно, не цифровой.

- Среди функций мозга можно четко выделить те, в которых информация обрабатывается и хранится в дискретной (цифровой) форме. Самой важной из таких функция является язык (и устный, и письменный).
- Однако все функции, так или иначе, связанные с преобразованием информации в понимание и с увязкой информации с эмоциями, оперируют не с дискретными точками изображений или элементами смысла, а с целостными образами и понятиями.


В качестве иллюстрации этой мысли Фримона Дайсона приведу лишь один пример — искусство.
Именно оно, а не язык, является отличительной чертой людей среди всего живого (язык, как средство коммуникации между особями, присущ далеко не только людям).

Так вот, содержанием и ценностью любого искусства (поэзии, музыки или живописи) являются не его дискретные составляющие (буквы, ноты или цветные точки), а целостные образы. Именно они являются для человека предметом понимания и эмоциональных реакций. Представить, что и первое, и второе — интегральный продукт обработки букв, нот или цветных точек, не представляется возможным.

По крайней мере, на уровне современных научных представлений.

Получается, что по метанаучной аргументации, — мозг аналоговый.



И вот новое революционное исследование:
Хотя название работы Джеймса Ти и Дэсмонда Тэйлора «Is Information in the Brain Represented in Continuous or Discrete Form?» заканчивается знаком вопроса, авторы однозначно полагают, что информация в мозге представлена ​​в дискретной форме.

В качестве доказательства было сделано следующее:

1. Проведено компьютерное моделирование, подтверждающее, что из-за наличия шума надежная передача информации между нейронами возможна только в дискретной форме.
2. Проведены 3 поведенческие эксперимента по оценке вероятности, результаты которых были проанализированы с использованием новой дискретной модели вероятности. В этой модели два близких значения вероятности (например, 0,57 и 0,58) неразличимы.

- Авторы обнаружили, что данные от всех участников эксперимента лучше описываются дискретной моделью, а не непрерывной.
- Аналогичные результаты были получены при замене выбора вероятности на межвременной выбор.


На основании этих результатов авторы считают подтвержденной гипотезу о дискретном представлении информации в мозге, что означает серьезный пересмотр существующих представлений о физиологии мозга.

Ближайшие несколько месяцев покажут, примет ли научное сообщество результаты исследования Ти и Тэйлора.
- С одной стороны, моделирование и поведенческие эксперименты проведены на должном уровне в хорошем университете.
- С другой стороны, все чаще научные выводы из результатов поведенческих экспериментов оказываются под вопросом из-за проблем со статистической мощностью психологических тестов.


Если окажется, что Ти и Тэйлор все же правы, это может стать революционным мостом между нейронаукой и исследованиями в области ИИ.

/Источник/



Картинка кликабельна



Tags: Культура, Мнение, Сознание
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Основы психологии познания | Часть №7

    Основы психологии познания | Часть №1 Основы психологии познания | Часть №2 Основы психологии познания | Часть №3 Основы психологии познания…

  • Гея 2.0

    Всего несколько лет назад Гипотеза Геи (Gaia hypothesis) многими считалась псевдонаучной. А в прошлом году ее практически подтвердили результаты…

  • Фантазия спасёт мир

    Оригинал взят у ivanov_petrov ✔️ Искусство - это форма, только форма в искусстве способна сохранить суть. ✔️ Простота является…

promo evan_gcrm march 28, 19:35 75
Buy for 30 tokens
Основополагающим элементом, основным двигателем всей жизни, является репликатор. Скопированная информация - это и есть «репликатор». На Земле первый репликатор довольно бесспорный - это гены, или информация, закодированная в молекулах ДНК. Точнее это первый репликатор, о котором мы знаем.…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments