mikronezja
06.06.05, 17:33
Mózg niby też działa prawie zerojedynkowo czy jednak pojawi się komputer
zdolny do działania jak mózg mimo innej podstawy materiałowej ?
pojedyńczy neuron daje na wyjściu ciąg impulsów o modulowanej częstotliwości
(impuls ma praktycznie stałą amplitudę i czas trwania np. ok 1ms, zależnie od
pobudzenia neuronu zmienia się odstęp pomiędzy kolejnymi impulsami). Patrząc
na to "komputerowo" to mamy:
Neuron niepobudzony (także impulsuje ale rzadko, tzw. aktywność samoistna):
10000000000010000000000000010000 00000
Neuron średnio pobudzony:
10001000010000100010001000010000 10000
Neuron pobudzony maksymalnie (nie może w tym stanie pracować długo ze względu
na ograniczenia chemiczno-fizyczne
10101010101010101010101010101010 10101
Neuron (w uproszczeniu) jest pobudzany sumą ważoną sygnałów wejściowych (w
przypadku układu nerwowego może być to nawet 20 000 wejść). Sygnały te
pochodzą od innych neuronów lub od sensorów zewnętrznych (oczy, uszy, nos,
czujniki dotyku i temperatury w skórze,czujniki chemiczne i inne wewnątrz
organizmu, czujniki smaku na języku).
Ogólnie mówiąc neuron oblicza sumę:
s=x1*w1+x2*w2+....+x20000*w20000
x1 - stan danego wejścia (1 lub 0)
w1 - czułość danego wejścia określająca stopień wkładu stanów na danym
wejściu w sumę końcową.
jeżeli ta suma przekroczy odpowiednią wartość progową to neuron wysyła
impuls, im większa ta suma tym więcej impulsów jest wysyłane w jednostce
czasu.
Neuron ma też wejście hamujące powodujące zmniejszenie jego aktywności mimo
dużego pobudzenia z wejść X.
Tak przy okazji, to nie człowiek wymyślił modulację częstotliwości by
uodpornić transmisję na zakłócenia - natura zrobiła to dużo wcześniej.
Praktycznie wszystkie informacje w organiźmie są przesyłane jako ciągi
impulsów o odpowiedniej częstotliwości (maks. ok 500 Hz), które uśrednione u
adresata sterują jego pracą (dzięki temu zgubienie pojedyńczego impulsu nie
powoduje awarii). Dodatkowo tory przesyłu są zrównoleglone co pozwala na
ominięcie ograniczeń sygnalizacji wynikających z ograniczeń częstotliwości
impulsów.
cała "wiedza" sieci jest zawarta w liczbach W (wagach) poszczególnych wejść
neuronów i ich wzajemnych połączeniach. Czułości wejść są modyfikowane w
zależności od częstości pobudzenia danego wejścia i korelacji tego pobudzenia
z odpowiedzią neuronu na pobudzenie (jeżeli impuls wejściowy pojawi się w
momencie gdy neuron strzela to waga danego wejścia jest wzmacniana).
Neurony pracują RÓWNOLEGLE, opracowując i uśredniając pobudzenia niezależnie
od siebie. Do tego ta sama informacja przebiega wieloma torami dzięki czemu
uszkodzenie danego toru nie powoduje zawalenia się całości. Wielotorowość
wynika też z ograniczeń "technicznych" pojedyńczego neuronu - nie może on być
cały czas pobudzony w jednakowym stopniu a już tym bardziej pobudzony
maksymalnie.
Dodatkowo na pracę całości mają wpływ chwilowe wartości poziomu glukozy i
tlenu (mózg zużywa 20% całego tlenu dostarczonego do organizmu).
Ilość neuronów w sieci nerwowej u człowieka ocenia się na jakieś 100 mld (100
000 000 000) a ilość połączeń miedzy nimi o trzy rzędy (x1000) wyżej.
Pojedyńczy neuron działa dość wolno jak na obecne standardy techniczne
(przeciętnie do 100-200Hz ale bywa i szybciej), cała szybkość obróbki
informacji jest uzyskiwana przez zrównoleglenie działania struktur mózgu (tj.
ta sama informacja jest obrabiana w tym samym czasie przez wiele różnych
obwodów).
W odróżnieniu od powyższego współczesne komputery (z drobnymi wyjątkami)
pracują SZEREGOWO. Aby wykonać podobne operacje co neuron musi kolejno
wykonać operacje mnożenia i dodawania:
s=x1*w1; {Początek obliczeń}
s=s+x2*w2
...
s=s+x20000*w20000
jeżeli s>próg to
{
wyjście=1
s=0
}
w przeciwnym przypadku
{
wyjscie=0;
}
wykonaj modyfikację wag (też 20000 obliczeń).
wszystkie powyższe operacje mnożymy przez ilość neuronów w sieci (a dochodzą
jeszcze operacje zapisu i odczytu z pamięci (wag, stanów wejść, stanów innych
neuronów)
w neuronie to wszystko dzieje się jednocześnie (równolegle) i tu już widać
jedną z przyczyn różnic w wydajności.
Nie wiem czy przy używanych metodach technologicznych osiągniemy kiedykolwiek
złożoność nawet zbliżoną do mózgu. Do tego jeszcze wymiary: neuron ma
rozmiary sporo poniżej milimetra a potrafi mieć kilka tysięcy wejść, a w
technice największe obudowy układów scalonych mają po ok. 600-700 wyprowadzeń
i rozmiar powierzchniowy 5x5 cm !!!
I jeszcze zasilanie: oblicza się, że moc elektryczna mózgu to 25W (przy 100
mld elementów) a komputer przy swoich 10 mln tranzystorów ?