Вернуться на главную страницу

Мозг – это массово-параллельная вычислительная машина

English Русский

Существует множество людей, не знающих, что нейроны в мозге обрабатывают информацию параллельно.
Ниже приводится объяснение, почему мозг является массово параллельной вычислительной машиной.

В состав глаза человека входит сетчатка, состоящая из миллионов нервных клеток (называемых палочками и колбочками) и все эти клетки обрабатывают информацию параллельно. Палочки и колбочки соединяются с другими нервными клетками, которые называются биполярные клетки, и все они также обрабатывают информацию параллельно. Биполярные клетки соединены с другими нервными клетками, которые называются ганглиозные клетки, и все они тоже обрабатывают зрительную информацию параллельно. Аксоны ганглиозных клеток составляют оптический нерв, в котором содержится от 770 000 до 1,7 миллиона нервных волокон, и все эти миллионы волокон передают зрительную информацию параллельно. И так далее.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Сетчатка
Каждая сетчатка у человека содержит около 6—7 млн колбочек и 110—125 млн палочек. <...> Упрощенная схема расположения нейронов сетчатки. Сетчатка состоит из нескольких слоев нейронов. Свет падает слева и проходит через все слои, достигая фоторецепторов (правый слой). От фоторецепторов сигнал передается биполярным клеткам и горизонтальным клеткам (средний слой, обозначен желтым цветом). Затем сигнал передается амакриновым и ганглионарным клеткам (левый слой). Эти нейроны генерируют потенциалы действия, передающиеся по зрительному нерву в мозг.
Wikipedia
http://glazamed.ru/baza-znaniy/oftalmologiya/glaznye-bolezni/17.1.3.-golovka-zritelnogo-nerva-v-norme-i-pri-glaukome/
Количество нервных волокон в зрительном нерве варьирует от 700 000 до 1 200 000, с возрастом оно постепенно уменьшается.
Глазамед

С неврологической точки зрения глаз фактически является частью мозга.

http://en.wikipedia.org/wiki/Visual_perception
The retina is actually part of the brain that is isolated to serve as a transducer for the conversion of patterns of light into neuronal signals. The lens of the eye focuses light on the photoreceptive cells of the retina, which detect the photons of light and respond by producing neural impulses. These signals are processed in a hierarchical fashion by different parts of the brain, from the retina upstream to central ganglia in the brain.
Wikipedia

Иерархическая обработка информации не противоречит понятию параллельной обработки. Миллионы нервных клеток в сетчатке (палочки и колбочки) получают и обрабатывают зрительную информацию одновременно и параллельно. Затем информация передается следующему слою нервных клеток (биполярным клеткам), которые все одновременно ее обрабатывают, после этого другому и так далее. Все эти слои одновременно обрабатывают информацию параллельно друг другу. Единственное различие состоит в том, что разные слои обрабатывают информацию с различными временными задержками, однако все эти нейронные слои вместе взятые работают одновременно и обрабатывают информацию параллельно. Мозг работает как машина, осуществляющая массивно параллельные вычисления.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственная_нейронная_сеть
Иску́сственная нейро́нная се́ть (ИНС) — математическая модель, а также её программное или аппаратное воплощение, построенная по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого организма.
<....>
С точки зрения развития вычислительной техники и программирования, нейронная сеть — способ решения проблемы эффективного параллелизма.
<....>
Отличия от машин с архитектурой фон Неймана
Вычислительные системы, основанные на искусственных нейронных сетях, обладают рядом качеств, которые отсутствуют в машинах с архитектурой фон Неймана (но присущи мозгу человека):
   ● Массовый параллелизм;
   ● Распределённое представление информации и вычисления;
Wikipedia

Повторим еще раз: с нейробиологической точки зрения глаз фактически является частью мозга. Нервные клетки сетчатки обрабатывают зрительную информацию, и эта обработка может быть довольно сложной: например, в сетчатке лягушки есть детекторы мух, которые могут распознать летящую муху или насекомое. Глаз лягушки действует как машина, выполняющая параллельные вычисления, и способная распознать летящих насекомых без участия других частей мозга.

http://en.wikipedia.org/wiki/Feature_detection_(nervous_system)
Horace B. Barlow was one of the first investigators to use the concept of the feature detector to relate the receptive field of a neuron to a specific animal behavior. In 1953, H.B. Barlow’s electrophysiological recordings from excised retina of the frog provided the first evidence for the presence of an inhibitory surround in the receptive field of a frog’s retinal ganglion cell. In reference to “on-off” ganglion cells – which respond to both the transition from light to dark and the transition from dark to light – and also had very restricted receptive fields of visual angle (about the size of a fly at the distance that the frog could strike), Barlow stated, “It is difficult to avoid the conclusion that the ‘on-off’ units are matched to the stimulus and act as fly detectors”.
Wikipedia

Существует множество людей, которые думают, что программное обеспечение не может работать на мозге. Эти люди считают, что программное обеспечение может работать только на электронных компьютерах.

Непонимание здесь происходит из-за недостатка знаний в областях кибернетики, теории информации и информатики. Термин программное обеспечение имеет гораздо более широкое значение, чем многие люди привыкли. Обычно, когда люди слышат слово программное обеспечение, они ассоциируют это слово с цифровыми компьютерами, на которых выполняется цифровое программное обеспечение. Однако существует совершенно отдельный класс вычислительных машин, который называется аналоговые компьютеры. Аналоговые компьютеры обрабатывают информацию совершенно по-другому, чем цифровые, а также то, что важно – программное обеспечение, которое работает на аналоговых компьютерах, имеет совершенно другую форму, чем в цифровых компьютерах. Вместо цифровых сигналов аналоговые компьютеры обрабатывают информацию в другой форме – они обрабатывают аналоговые сигналы. Как, например, аналоговый компьютер может обрабатывать информацию в форме пневматических или гидравлических потоков вместо электрических сигналов.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Аналоговый_компьютер
Аналоговый компьютер или аналоговая вычислительная машина (АВМ) – вычислительная машина, которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических параметров (скорость, длина, напряжение, сила тока, давление), в чём и состоит его главное отличие от цифровой ЭВМ. Другим принципиальным отличием является отсутствие у АВМ хранимой программы, под управлением которой с помощью одной и той же вычислительной машины можно решать разнообразные задачи. Решаемая задача (класс задач) жёстко определяется внутренним устройством АВМ и выполненными настройками (соединениями, установленными модулями, клапанами и т. п.). Даже для универсальных АВМ для решения новой задачи требовалась перестройка внутренней структуры устройства.
<…>
Принцип действия
При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются.
Результатом работы аналогового компьютера являются либо графики, изображённые на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма.
Эти компьютеры идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально реагируют на различные изменения во входных данных. Такого рода компьютеры широко используются в научных исследованиях. Например, в таких науках, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации.
В ряде случаев с помощью аналоговых компьютеров возможно решать задачи, меньше заботясь о точности вычислений, чем при написании программы для цифровой ЭВМ. Например, для электронных аналоговых компьютеров без проблем реализуются задачи, требующие решения дифференциальных уравнений, интегрирования или дифференцирования. Для каждой из этих операций применяются специализированные схемы и узлы, обычно с применением операционных усилителей. Также интегрирование легко реализуется и на гидравлических аналоговых машинах.
<…>
Классификация
<…>
В зависимости от типа рабочего тела:
   ● АВМ механическая
   ● АВМ пневматическая
   ● Гидравлические АВМ
   ● Электрические АВМ
   ● Комбинированные АВМ
   ● Электромеханические АВМ

По конструктивным признакам:
   ● АВМ матричного типа
   ● АВМ структурного типа
Wikipedia

Здесь важно понять, что для обработки информации нужно иметь две вещи: 1) аппаратное обеспечение (т.е. вычислительную машину), на котором выполняется 2) программное обеспечение (т.е. алгоритмы, обрабатывающие эту информацию).
Человеческий мозг обрабатывает информацию, а это значит, что по определению человеческий мозг содержит программное обеспечение, которое работает на нейронных аппаратных средствах (нейронах головного мозга). Человеческий мозг – это вычислительная машина, которая обрабатывает информацию в обеих формах (аналоговой и цифровой) одновременно.

Ниже приведен пример программного обеспечения, которое выполняется на аналоговом компьютере.

https://en.wikipedia.org/wiki/V-2_rocket
The V-2 (German: Vergeltungswaffe 2, "Retribution Weapon 2"), technical name Aggregat-4 (A4), was the world's first long-range guided ballistic missile. <…>
Some later V-2s used "guide beams", radio signals transmitted from the ground, to keep the missile on course, but the first models used a simple analog computer that adjusted the azimuth for the rocket
Wikipedia

Ниже приведено ещё несколько примеров.

http://www.analogmuseum.org/english/impressions/
 Impressions of Analog Computers
<….>
Large scale russian special purpose analog computer ZI-S used to solve questions in the field of hydraulics (cf. V. B. Ushakov, "Soviet Trends in Computers for Control of Manufacturing Processes", in "Instruments and Automation", Nov. 1958, p. 1812).
<…>
Analog computers at a NASA simulation facility during the development of the control stick for project Mercury.
<…>
Analog computer used at NASA for lunar landing simulations.
Analog Museum

https://ru.wikipedia.org/wiki/Аналоговый_компьютер
Применение
Аналоговые электронные компьютеры основываются на задании физических характеристик их составляющих. Обычно это делается методом включения-исключения некоторых элементов из цепей, которые соединяют эти элементы проводами, и изменением параметров переменных сопротивлений, ёмкостей и индуктивностей в цепях.
Автомобильная автоматическая трансмиссия является примером гидромеханического аналогового компьютера, в котором при изменении вращающего момента жидкость в гидроприводе меняет давление, что позволяет получить необходимый конечный коэффициент передачи.
До появления мощной и надёжной цифровой аппаратуры аналоговые вычислители широко применялись в авиационной и ракетной технике, для оперативной обработки различной информации и последующего формирования сигналов управления в автопилотах и различных более сложных системах автоматического управления полётом, или другими специализированными процессами.
Помимо технических применений (автоматические трансмиссии, музыкальные синтезаторы), аналоговые компьютеры используются для решения специфических вычислительных задач практического характера. Например, кулачковый механический аналоговый компьютер, изображённый на фото, применялся в паровозостроении для аппроксимации кривых 4 порядка с помощью преобразований Фурье.
Механические компьютеры использовались в первых космических полётах и выводили информацию с помощью смещения индикатора поверхностей. С первого пилотируемого космического полета до 2002 года, каждый пилотируемый советский и российский космический корабль из серий Восток, Восход и Союз был оснащен компьютером Глобус, показывающим движение Земли через смещение миниатюрной копии земного шара и данные о широте и долготе.

Военная техника
В военной технике исторически выработалось ещё одно название аналоговых вычислительных устройств для управления огнём артиллерии, высотного бомбометания и других военных задач, требующих сложных вычислений — это счётно-решающий прибор. Примером может служить прибор управления зенитным огнём.
Аналоговая техника интересна для военных двумя чертами: она крайне быстра, и в условиях помех работоспособность машины восстановится, как только помеха пропадёт.

Современная техника
Сейчас аналоговые компьютеры в основном уступили своё место цифровым технологиям.
Analog Museum

Внизу ссылка на учебник Справочник по аналоговым вычислениям, читайте Главу 3, в которой объясняется аналоговое программирование аналоговых компьютеров.

http://www.analogmuseum.org/library/handbook_of_analog_computation.pdf
Chapter 3. Elementary analog programming
Book title: Handbook of analog computation: Including application of digital control logic.
Year: 1967.
Author: Maxwell C Gilliland


Отказ от ответственности:
Взгляды и мнения, высказанные в статьях и фильмах, принадлежат их авторам и не обязательно отражают взгляды и мнения портала neuroclusterbrain.com.
neuroclusterbrain.com не несет ответственности за содержание любого веб-сайта третьей стороны. Любые ссылки на такие веб-сайты предоставлены в образовательных целях и только для вашего удобства.
neuroclusterbrain.com не поддерживает, не разрешает, не утверждает, не сертифицирует и не контролирует другие, представленные на данном портале, веб-сайты, а также не гарантирует точность, полноту, эффективность и своевременность информации, расположенной на таких веб-сайтах.