Все, что связано с компьютерными программами, интерфейсом и программированием
Ответить
Lastor Inten
Участник
Баланс:289
 
Сообщения: 22
Регистрация: 24.10.2019

Сравнение мозга и искусственного интеллекта

Lastor Inten » 02.02.2020 21:34

+
6
-
Мозг – устройство сложное; у людей он содержит порядка 100 млрд нейронов и около 100 триллионов соединений между ними. Его часто сравнивают с другой сложной системой с огромными возможностями решения задач: цифровым компьютером. В мозге и компьютере содержится большое количество элементарных единиц – нейронов или транзисторов, соответственно – подключенных к сложным схемам, обрабатывающим информацию, передаваемую электрическими сигналами. На глобальном уровне архитектуры мозга и компьютера немного похожи, поскольку состоят из практически отдельных контуров для ввода, вывода, центральной обработки, и памяти.

Изображение


Кто лучше справляется с решением проблем – мозг или компьютер? Учитывая быстрое развитие компьютерных технологий в последние десятилетия, можно решить, что побеждает компьютер. И действительно, компьютеры разрабатывают и программируют с целью победы над человеческими мастерами в сложных играх, таких, как шахматы, и го, совсем недавно – а также в конкурсах на энциклопедические знания. Но пока что люди побеждают компьютеры во множестве задач, связанных с реальным миром – от способности различить на дороге велосипедиста или пешехода до поднятия со стола чашки с чаем и аккуратного перемещения её ко рту – не говоря уже о концептуализации и творчестве.

Почему же компьютер хорошо справляется с определёнными задачами, а мозг – с другими? Сравнения компьютера с мозгом помогали инженерам и нейробиологам разбираться в этом вопросе. Следующее сравнение было проведено на заре современной эры компьютеров, в небольшой, но влиятельной книге «Компьютер и мозг» Джона фон Неймана, специалиста во многих областях науки, в 1940-х первым разработавшего схему компьютерной архитектуры, до сих пор служащую основой современных компьютеров. Давайте посмотрим на числа в этих сравнениях.

Компьютер (в скобках - Мозг)
Количество элементарных элементов - До 10 млрд транзисторов (≈ 100 млрд нейронов и 100 трлн синапсов)
Скорость базовых операций - 10 млрд/сек (< 1000 / сек)
Точность - 1 на 4,2 млрд (1 к 100)
Энергопотребление - 100 Вт (10 Вт)
Метод обработки информации - Последовательный (Последовательный и массивно параллельный)
Количество входов и выходов у каждого элемента - 1-3 (≈ 1000)
Режим работы - Цифровой (Цифровой и аналоговый)

У компьютера есть огромные преимущества над мозгом в скорости базовых операций. Сегодня персональные компьютеры способны выполнять такие элементарные арифметические операции, как сложение, со скоростью в 10 млрд операций в секунду. Скорость элементарных операций мозга мы можем оценить по элементарным процессам, при помощи которых нейроны передают информацию и общаются друг с другом. К примеру, нейроны активируют потенциалы действия – всплески электрических сигналов, запускающихся поблизости от клетки нейрона, и передающихся по его длинным ответвлениям, аксонам, связывающих его со следующими нейронами. Информация кодируется в частоте и времени начала этих всплесков. Максимальная частота активации нейрона составляет порядка 1000 всплесков в секунду. В другом примере нейроны передают информацию связанным с ними партнёрским нейронам, испуская химические нейромедиаторы в специальных структурах на концах аксонов, синапсах, а партнёрские нейроны превращают присоединение нейромедиаторов обратно в электрические сигналы, и этот процесс называют синаптической передачей. Самая быстрая синаптическая передача происходит за 1 мс. Поэтому, путём всплесков и синаптических передач, мозг способен выполнять максимум тысячу базовых операций в секунду, что в 10 млн раз медленнее компьютера. Предполагается, что арифметические операции должны преобразовывать ввод в вывод, поэтому скорость работы ограничена базовыми операциями коммуникаций нейронов, таких, как потенциалы действия и синаптическая передача. Но у этих ограничений бывают исключения. К примеру, нейроны с электрическими синапсами (связями между нейронами, не использующие химических нейромедиаторов) не выдающие всплески, в принципе способны передавать информацию быстрее, чем за миллисекунду; также на это способны события в дендритах, происходящие локально.

У компьютера также есть серьёзные преимущества перед мозгом в точности базовых операций. Компьютер способен представлять числа с любой нужной точностью при помощи битов, нулей и единиц, назначенных каждому числу. К примеру, 32-битное число имеет точность 1 к 232, или 4,2 млрд. Эмпирические свидетельства говорят о том, что большая часть чисел в нервной системе (к примеру, частота активации нейронов, которую часто используют как оценку интенсивности стимула) колеблется на величину в несколько процентов из-за биологического шума, то есть точность, в лучшем случае, равняется 1 к 100, что в миллионы раз хуже, чем у компьютера. Кстати, шум может служить индикатором того, что многие нервные процессы являются по сути вероятностными. Одни и те же стимулы могут вызывать разные последовательности всплесков электрической активности нейронов.

Однако подсчёты, осуществляемые мозгом, нельзя назвать медленными или неточными. К примеру, профессиональный теннисист может следить за траекторией мяча, летящего со скоростью до 260 км/ч, переместиться на оптимальное место на корте, поставить руку в нужную позицию и махнуть ракеткой, возвращая мяч на половину соперника – и всё это за несколько сотен миллисекунд. Более того, мозг способен на все эти задачи (с помощью тела, которое он контролирует), потребляя в десять раз меньше энергии, чем персональный компьютер. Как мозгу это удаётся? Важное отличие между компьютером и мозгом – это режим, в котором каждая из этих систем обрабатывает информацию. Компьютер выполняет задачи по большей части по последовательным шагам. Это можно видеть по тому, как программисты пишут код, создавая поток последовательных инструкций. Для каждого шага этой последовательности требуется высокая точность, поскольку ошибки накапливаются и усиливаются на каждом шаге. Мозг также использует последовательные шаги при обработке информации. В примере с теннисом информация переходит от глаз к мозгу, а затем в спинной мозг для управления сокращениями мускулов ног, туловища, руки и запястья.

Но мозг также использует и массивную параллельную обработку данных, пользуясь преимуществом в виде огромного количества нейронов и связей между ними. К примеру, движущийся теннисный мяч активирует множество клеток сетчатки, фоторецепторов, которые преобразовывают свет в электрические сигналы. Эти сигналы передаются множеству различных типов нейронов сетчатки. К тому времени, когда сигналы фоторецепторов пройдут через два-три синаптических соединения в сетчатке, информация о положении, направлении и скорости мяча уже извлечена параллельными нейронными контурами, и передана мозгу. Точно так же двигательная кора (часть коры мозга, отвечающая за сознательную моторику) параллельно отправляет команды для контроля сокращения мускулов ног, туловища, рук и запястья, так, что тело и руки одновременно занимают нужно положение, оптимальное для приёма мяча.

Эта массивно параллельная стратегия работает, поскольку каждый нейрон собирает входные данные и отправляет выходные множеству других нейронов – в среднем для млекопитающих по 1000 входящих и исходящих связей у каждого нейрона. А у каждого транзистора в сумме есть только три узла для входа и выхода. Информация от одного нейрона может идти по множеству параллельных путей. И в то же время, множество нейронов, обрабатывающих информацию, могут соединить свои выходные данные, направив их одному последующему нейрону. Это свойство особенно полезно для увеличения точности обработки информации. К примеру, информация, представленная единственным нейроном, может содержать шум (то есть, её точность порядка 1 к 100). Воспринимая входные данные от 100 нейронов, обрабатывающих одинаковую информацию, следующий по очереди нейрон уже может представлять информацию с более высокой точностью (в данном случае, 1 к 1000). Допустим, среднеквадратичное отклонение σсред для каждой единицы входных данных примерно соответствует шуму. Для среднего количества независимых входов n ожидаемое отклонение средних σсред = σ / √ n. В нашем примере σ = 0,01, а n = 100, поэтому σсред = 0,001.

У компьютера и мозга есть сходства и различия также в представлении их элементарных единиц. Транзистор использует цифровое представление информации с дискретными значениями (0 или 1). Всплеск аксонов – это тоже цифровой сигнал, поскольку нейрон в каждый момент времени либо активируется, либо не активируется, а когда он активируется, почти у всех всплесков оказываются примерно одинаковые величина и форма. Это свойство позволяет надёжно передавать всплески на большие расстояния. Однако нейроны также используют возможности аналоговых сигналов, представляющих информацию при помощи непрерывных значений. Некоторые нейроны (большинство нейронов сетчатки) не дают всплески, и их выходная информация передаётся ступенчатыми электрическими сигналами (которые, в отличие от всплесков, могут варьироваться по величине), которые способны передавать больше информации, чем всплески. Принимающий конец нейрона (обычно находится в дендритах) также использует аналоговые сигналы для интегрирования до тысячи входных сигналов одновременно, что позволяет дендритам выполнять сложные вычисления.

Ещё одно заметное свойство мозга, которое явно задействовано в примере с игрой в теннис, заключается в том, что силу связей между нейронами можно изменять в результате действий и опыта – этот процесс, как считается нейробиологами, является основой обучения и запоминания. Повторяющиеся тренировки позволяют нейронным контурам лучше настраиваться под выполнение задач, что серьёзно увеличивает скорость и точность.

За последние десятилетия инженеры вдохновлялись мозгом, чтобы улучшать компьютеры. Принципы параллельной обработки и модификации весов связей, зависящие от использования, включены в современные компьютеры. К примеру, в разработке компьютеров современной тенденцией служит увеличение параллелизма, например, использование нескольких процессоров (ядер) в одном компьютере. Ещё один пример — глубинное обучение, наука о машинном обучении и искусственном интеллекте, достигшая огромных успехов в последние годы, и отвечающая за быстрый прогресс в распознавании объектов и речи у компьютеров и мобильных устройств, было вдохновлено открытиями, связанными со зрительной системой млекопитающих.

Глубинное обучение, подражая зрительной системе млекопитающих, использует несколько слоёв, каждый из которых представляет всё более абстрактные свойства объекта (визуального или речевого), а веса связей между различными слоями подстраиваются при помощи обучения, а не за счёт инженерных усилий. Эти недавние подвижки расширили список задач, подвластных компьютерам. И всё же у мозга остаётся превосходящая компьютеры гибкость, обобщаемость и способность к обучению. По мере того, как нейробиологи будут открывать всё больше секретов мозга (чему помогает всё более активное использование компьютеров), инженеры смогут брать больше примеров для вдохновения у мозга, чтобы и дальше совершенствовать архитектуру и быстродействие компьютеров. Кто бы ни оказался победителем в выполнении конкретной задачи, это взаимное междисциплинарное оплодотворение несомненно продвинет как нейробиологию, так и вычислительную технику.

Ликан Люо, профессор нейробиологии в Стэнфордском университете.
http://nautil.us/issue/59/connections/w ... -efficient
Поделиться:

Don
Участник
Баланс:355
 
Сообщения: 22
Регистрация: 06.08.2019

Re: Сравнение мозга и искусственного интеллекта

Don » 02.02.2020 23:49

+
0
-
Было создано два проекта по компьютерному моделированию мозга человека - Blue Brain Project (2005) и Human Brain Project (2013). Несмотря на солидное финансирование, пока оба проекта до сих пор топчатся на одном месте. Основные препятствия связаны с потреблением энергии и памятью. Например, работа с нейронами требует очень высоких вычислительных мощностей.

Zeta
Участник
Баланс:35
 
Сообщения: 13
Регистрация: 10.02.2020

Re: Сравнение мозга и искусственного интеллекта

Zeta » 10.02.2020 18:52

+
2
-
На текущий момент сравнивать мозг (сознание) и искусственный интелект не возможно, по той простой причине, что в настоящее время все варианты искусственных интелектов полностью основаны на жёстких логических схемах, в то время как мозг (сознание) способен оперировать как логическими, так и не логическими структурами. То есть данное сравнение можно будет делать только после того, как искусственный интелект получит возможность "думать" как логически, так и не логически.

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:1925
 
Сообщения: 115
Регистрация: 02.06.2020

Re: Сравнение мозга и искусственного интеллекта

MoonBear » 07.11.2020 14:53

+
0
-
Автор, на мой взгляд, допустил ошибку в названии статьи, сравнивая несопоставимые понятия, как в таких случаях говорят - путает мягкое с теплым.

Идет абстрактное сравнение характеристик технических данных как процессора, так и мозга (как биологического объекта), вызывая некоторое недоумение. В частности, как можно сравнивать 1 нейрон с 1 транзистором? Это просто несовместимые структуры по функционалу, для тех, кто помнит уроки физики и биологии старших классов. 1 нейрон, если создавать модуль функционально работающий подобно ему, то понадобится не один десяток транзисторов.

Но, не буду придираться к мелочам, перейду к главному.

Давайте определимся, что такое ИИ на сегодняшний день. Это компьютерная программа, работающая на базе данных, составленная из всей доступной ей информации. Структурно состоит из системы многовариативных запросов, которые подстраиваются под определенные параметры, задаваемые ей, частично из вне и частично по результатам своей работы. Эмуляция ИИ создается за счет адаптации алгоритмов к утилитарным задачам: перевод текста, написание стихов и т.д., используя вычисления допустимых аналогий из уже существующих решений.

Это не имеет прямого отношения к аппаратной части компьютера. Совсем. Есть инструмент - ЭВМ, а есть пользователь - программа. Т.е. - аппаратная часть, является вопросом технологий, а не развития ИИ как такового, позволяя лишь реализовать более затратные алгоритмы работы на базе своей платформы. Таким образом, сравнивать количество нейронов мозга и компьютерную программу, некорректно.

Что же касается мозга, то его, даже, существенные отличия в объеме, никак не сказывается на умственной деятельности разных людей. Более того, известны случаи, когда в результате травм или болезней, человек лишался значительных участков мозга, вплоть до потери целого полушария, но оставался жив и продолжал вести рефлекивную деятельность, не отличаясь от окружающих.

Данная тема обсуждалась на страницах форума, где есть документально подтвержденные факты подобных случаев.

Подводя итог, выскажу то, что мозг, как и процессор, является аппаратной частью, посредством которого и "работает" наша программа Души, в которой заключен интеллект, сознание и разум. Следовательно, изучая строение мозга, нельзя понять, что такое Разум, так и изучая строение процессора, предположить, какая программа на нем работает.

Исследование мозга дает заметные плоды в утилитарной области, когда он рассматривается как биологический механизм управления, например, внедрением имплантов решаются проблемы с двигательными функциями парализованных людей и т.д., но к интеллекту это отношения не имеет.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:6426
 
Сообщения: 451
Регистрация: 20.06.2018

Re: Сравнение мозга и искусственного интеллекта

Director » 08.11.2020 14:17

+
4
-
Выскажу несколько своих соображений, опираясь и немного оппонируя уважаемому коллеге MoonBear
MoonBear писал(а):
07.11.2020 14:53
Автор, на мой взгляд, допустил ошибку в названии статьи, сравнивая несопоставимые понятия, как в таких случаях говорят - путает мягкое с теплым....
Совершенно согласен.
Сравнение несопоставимых понятий (отождествление "теплого с мягким") - это главнейшая ошибка в большинстве логических "умозрительных" заключений.

Вот в практике жизни такая ошибка невозможна.
Например, жизненная ситуация: тебе нужен комплект из подушки с одеялом, чтобы спать в тепле. И тебя угораздило заказать изготовление комплекта какого-нибудь нерусскому человеку. А он тебя понял так, будто тебе нужен "комплект утепляющих предметов", что, собственно, так и есть. И он честным трудом изготавливает радиатор водяного отопления и котел к нему, с требованием оплатить ему изготовление заказанного.

Итак, практические понятия, которые можно, как говорится, пощупать руками, - это, как правило, истинные понятия.

А вот чисто "умозрительные" понятия - это, как правило, понятия ложные полностью или частично.
Т.е. недостоверные до того времени пока эти понятия не удастся "пощупать руками" и познать о них истину.


Теперь давайте вернемся к сравнению мозга и искусственного интеллекта (кстати, говоря о мозге надо всегда уточнять что имеется в виду: био-физиологический орган или сознание человека?; - что совершенно правильно делает коллега MoonBear) .
Идет абстрактное сравнение характеристик технических данных как процессора, так и мозга (как биологического объекта), вызывая некоторое недоумение....
Поскольку био-физиологический мозг можно "пощупать" так же как можно пощупать технический процессор с транзисторами, то в некотором смысле подобное сравнение вполне допустимо. Но только в некотором четко обозначенном смысле..

И коллега MoonBear совершенно правильно обозначает область сравнения
В частности, как можно сравнивать 1 нейрон с 1 транзистором? Это просто несовместимые структуры по функционалу, для тех, кто помнит уроки физики и биологии старших классов. 1 нейрон, если создавать модуль функционально работающий подобно ему, то понадобится не один десяток транзисторов.
Далее коллега MoonBear совершенно правильно требует определить понятие Искусственного Интеллекта и предлагает свою формулировку
Давайте определимся, что такое ИИ на сегодняшний день. Это компьютерная программа ...используя вычисления допустимых аналогий из уже существующих решений..
С вышесказанным я полностью согласен.
А вот со следующим тезисом я категорически не согласен.
Это не имеет прямого отношения к аппаратной части компьютера. Совсем. Есть инструмент - ЭВМ, а есть пользователь - программа. Т.е. - аппаратная часть, является вопросом технологий, а не развития ИИ как такового, позволяя лишь реализовать более затратные алгоритмы работы на базе своей платформы. Таким образом, сравнивать количество нейронов мозга и компьютерную программу, некорректно.
Я выделил жирным шрифтом часть цитаты и объясню почему не согласен.
Практика жизни позволяет сформулировать правило:
"Развитие способностей идет рука об руку с развитием инструментов".

В этом правиле нельзя сказать что первично и что вторично. Тут как в классическом вопросе "Что первично: курица или яйцо?" нет и не может быть ответа: "сначала курица" (или "сначала яйцо").

Тут нет и не может быть однозначного ответа на вопрос что причина и что следствие: "то ли новая способность развивается благодаря появлению нового инструмента?", то ли "новый инструмент появляется благодаря новоявленной способности?"

Итак, "Развитие способностей идет всегда и только лишь рука об руку с развитием инструментов: то одно подталкивает другое, то наоборот".

И практика жизни позволяет видеть истинность этого правила.
Например, умение вытачивать сложнейшие металлические детали на токарном станке появилось благодаря изобретению и созданию колеса для телеги, - гораздо позже и через множество циклов усложнения и колес-инструментов, и способностей-знаний человека.

Точно так же развитие компьютерных программ идет рука об руку с развитием аппаратного обеспечения. Софтваре взаимоувязано с хардваре.

Точно также идет развитие био-физиологического мозга (нейроны, серое и белое вещество, т.д.) идет рука об руку с развитием био-программ, управляющих организмом (от программ клетки, до программ тела и программ сознания).

Возвращаясь к нашей теме, можно сказать, что ИИ, понимаемый в некотором смысле, вполне может превысить способности мозга, при условии, что будет создан инструмент сложнее мозга.


В заключение, дам объяснение феномену сохранения сознания человека при потере части био-физиологического мозга.
Что же касается мозга, то его, даже, существенные отличия в объеме, никак не сказывается на умственной деятельности разных людей. Более того, известны случаи, когда в результате травм или болезней, человек лишался значительных участков мозга, вплоть до потери целого полушария, но оставался жив и продолжал вести рефлективную деятельность, не отличаясь от окружающих.
Сначала уточним. Подобные феномены есть, но весьма редки. Гораздо чаще происходят противоположные феномены: у человека случается небольшой инсульт, но сознание претерпевает большие потери.
Не говоря уж о болезни Альцгеймера - когда колоссальнейшие изменения сознания происходят при почти незаметных изменениях в миелиновой оболочке нейронов или что-то вроде того.

Итак, редкие феномены сохранения сознания и нормального функционирования тела человека после тяжелейших потерь мозгового вещества объясняются,
во-первых, удачным стечением обстоятельств травмы - таких что становится практически возможным нижеследующее,

во-вторых и главным образом потому, что главная управляющая программа человека (она же "душа") решает продолжить базирование на мозге и при этом ей удается сохранить критический объем обменных коммуникаций между душой и мозгом.

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!