Человеческий мозг и компьютер: что и в чем эффективнее? Научный взгляд

Тьюринг, помоги! Похож ли наш мозг на компьютер?

Бросьте в меня камень, если вы никогда не слышали этого сравнения: «Мозг человека — это компьютер». Эта простая метафора вызывает холивары во всем мире, сталкивает лбами интеллектуалов и, возможно, стала причиной нескольких инсультов. Одни утверждают, что человеческое мышление не может уложиться в бинарные рамки компьютерной программы. Другие — что, невзирая на свое богатство, наше мышление остается пусть превосходным, но процессором. Но и сторонники, и противники забывают о главном: спорят они не о метафоре, а о гипотезе.

Чтобы аргументированно рассуждать о мозге как компьютере, для начала нужно определиться с тем, что мы называем компьютером. Давайте пойдем от противного: от того, чем компьютер не является.

Компьютер — это точно не коробочка под вашим столом, не ноутбук на ваших коленях и не смартфон в ваших руках. Микрочипы, оперативная память и кэш — это лишь элементы компьютера. Если воспринимать его как пластиковую коробку с электронной начинкой, то, конечно, вы смело можете сказать, что мозг — точно не компьютер. Ну хотя бы потому, что серое вещество после вашего выключения не может служить жестким диском, и к вашей памяти ни у кого не будет доступа. Так вот, эту ошибку восприятия компьютера как коробочки с различными функциональными элементами совершают многие противники нашей метафоры.

Другие решительные противники сравнения мозга с компьютером часто вспоминают о том, что компьютерная метафора — лишь очередной пункт в целой серии исторических технологических сравнений. С чем только мозг не сравнивали после очередного технологического прорыва — и с гидросистемой, и с телеграфом, и с телефонным коммутатором… Теперь вот настал черед компьютера.

Так в чем же их ошибка? Дело в том, что сравнение мозга с компьютером — это не про технологии совсем. Сравнение берет начало из формального определения компьютера, которое впервые дал в 1936 году Алан Тьюринг . Для справки: в 1945 году Джон фон Нейман разработал архитектуру современного компьютера. А сами современные компьютеры появились только в 50-х годах прошлого века.

Историки до сих пор спорят о том, что же можно считать первым компьютером. Но сходятся они в одном: до 1936-го компьютеров не было. Размышления Тьюринга по большому счету касались не вычислительных систем, а человека: он изучал способности к решению задач, к вычислениям, к построению логической последовательности. Компьютеру было дано формальное определение еще до того, как он появился.

Даже не вспоминайте машины Бэббиджа. Его разностная машина была только феноменальным калькулятором, а аналитическую машину ему так и не удалось построить. Кроме того, обе они были механическими. Хотя да, разработки Бэббиджа помогли сформировать идею электронных вычислительных машин.

А что, если мы перевернем метафору и скажем, что компьютер работает как мозг? Вернемся к фон Нейману. Этот ученый, разрабатывая архитектуру компьютера, опирался на гипотетическую модель функционирования мозга Маккаллока и Питтса. Эти два ученых предполагали, что нейроны мозга могут либо посылать электрический «разряд», либо не посылать.

Иными словами, в их понимании нейрон зашифровывает информацию бинарным кодом: либо 1 («посылать»), либо 0 («не посылать»).

Это умозаключение позволяло предполагать, что группы нейронов действовали согласно формальной логике, что очень полезно для различного рода вычислений. Фон Нейман был прекрасно знаком с Маккаллоком, читал его работы и смог использовать его идею бинарной логики для создания компьютерной архитектуры.

Так что можно сказать, что компьютерные науки опираются на науку о мозге. Что, кстати, вовсе не означает, что мозг и компьютер работают схожим образом. Фон Нейману просто приглянулась простая аналогия работы нейронов, но по факту она не учитывает базовые принципы их функционирования.

К примеру, на самом деле нейроны посылают сигналы постоянно, а не с перерывами, а значит, о бинарной логике речи быть не может.

И фон Нейман честно говорит о том, что компьютер работает не так, как мозг).

Каждый хорош по-своему

И среди обывателей, и среди именитых ученых не утихают споры, касательно того, какая система на данный момент лучше: биологический «компьютер» в наших головах, миллионами лет совершенствовавшийся и продолжающий совершенствоваться эволюцией, или электронное устройство с процессором, жестким диском, оперативной памятью и пр., придуманное людьми?

На самом деле это под стать спору, кто и что лучше: творец или творение, курица или яйцо. На первый взгляд, ответ очевиден – творец. Но не стоит сбрасывать со счетов, что люди учитывают свое несовершенство, например, низкий уровень хранения информации, и пытаются компенсировать его достижениями науки и техники.

Выводы TheDifference.ru

1. Для передачи сигналов компьютер использует простой двоичный код. В мозге человека работают множество нейронов, которые обмениваются разнообразными сигналами, меняющимися в зависимости от обстоятельств.
2. В компьютере есть специальное устройство, в котором хранятся данные. В мозге человека нет конкретного участка, отвечающего за память, — и запоминание, и распознавание свойственно всем нейронам.
3. Мозг человека, в отличие от компьютера, обладает огромной компенсаторной способностью: он может работать даже при серьезных повреждениях.
4. Мозг ищет информацию по содержанию и ассоциациям, компьютер – по определенному адресу. Мозг работает с образами, а компьютер – с символами.
5. Мозгу человека свойственны творческая активность, жажда знаний, интуиция и воображение.
6. Возможности мозга человека безграничны, в то время как компьютерный «мозг» зависит от заложенных в него параметров.

(13 оценок, среднее: 4,62 из 5)

Мозговые интерфейсы

Для того, чтобы при помощи одной только ментальной энергии поднять стакан на несколько футов, волшебникам приходилось тренироваться по несколько часов в день.
Иначе принцип рычага легко мог выдавить мозг через уши.

Очевидно, венцом человеко-машинного интерфейса должна стать возможность управления машиной одним только усилием мысли. А получение данных прямо в мозг — это уже вершина того, чего может достичь виртуальная реальность. Идея эта не нова и уже много лет фигурирует в самой разнообразной фантастической литературе. Тут и практически все киберпанки с прямым подключением к кибердекам и биософтами. И управление любой техникой посредством стандартного мозгового разъема (например, у Сэмюэля Дэлани в романе «Нова»), и масса всяких других интересных вещей. Но фантастика — это хорошо, а что делается в реальном мире?

Оказывается, разработка мозговых интерфейсов (BCI или BMI — brain-computer interface и brain-machine interface) идет полным ходом, хотя об этом мало кто знает. Конечно, успехи весьма далеки от того, про что пишут в фантастических романах, но, тем не менее, они вполне заметны. Сейчас работы над мозговыми и нервными интерфейсами, в основном, ведутся в рамках создания различных протезов и устройств для облегчения жизни частично или полностью парализованным людям. Все проекты можно условно поделить на интерфейсы для ввода (восстановление или замена поврежденных органов чувств) и вывода (управление протезами и другими устройствами).

Во всех случаях прямого ввода данных необходимо производить операцию по вживлению в мозг или нервы электродов. В случае вывода можно обойтись внешними датчиками для съема электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Впрочем, ЭЭГ — инструмент достаточно ненадежный, поскольку череп сильно ослабляет мозговые токи и получить можно только очень сильно обобщенную информацию. В случае вживления электродов можно снимать данные непосредственно с нужных мозговых центров (например, двигательных). Но такая операция — дело нешуточное, так что пока эксперименты ведутся только на животных.

В чем человек лучше компьютера?

С другой стороны, люди кое в чем превосходят машины. Мы выполняем задачи, основываясь не только на интеллекте, но и на таких абстрактных понятиях, как разум и жизненный опыт.

Компьютеры получают информацию из электронных библиотек. Тем не менее, они не способны переработать ее так, чтобы на выходе получился жизненный опыт, подобный человеческому.

Каждому из нас хорошо известно, что именно свой опыт дается нам порой очень не просто. Хоть и говорят, что хорошо бы учиться на чужих ошибках, но по факту приходится, в основном, учиться на собственных.

Люди обладают и другими абстрактными чертами – творчеством, вдохновением, воображением. Человек может

• сочинить стихотворение,
• написать и сыграть музыку,
• спеть песню,
• нарисовать картину.

С некоторыми из этих задач справятся и компьютеры, но врожденной способности к творчеству у них нет. Об этом образно писал А.С.Пушкин в 1829 году (классики всегда актуальны, в том числе, в эпоху компьютера и интернета):

О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И Опыт, сын ошибок трудных,
И Гений, парадоксов друг,
И Случай, бог изобретатель.

Спорт и интеллект заодно

— Большинство долгожителей занимаются интеллектуальной деятельностью. В пожилом возрасте продолжают читать, изучать. Значит ли это, что нужно всю жизнь тренировать мозг, чтобы в старости иметь ясный ум?

— Пик развития головного мозга — три года. Но тренируем мы его в течение всей нашей жизни. Пожилым людям полезно считать, учить стихи, разгадывать кроссворды.

Представьте: в мозге около 86 млрд нейронов. Они формируют сложные электрические импульсы, которые контролируют деятельность всего организма. И чем плотнее связи, тем выше интеллект. Мозг пластичен, он постоянно меняется из-за образования новых связей, и, к слову, не только от изучения стихов и прочего. Физические нагрузки тоже важны. Регулярные пробежки, тренировки улучшают умственное здоровье. Люди с низким показателем интеллекта чаще страдают от болезней мозга. А интеллектуалы, ко всему прочему, не склонны к полноте.

— Учёные придерживаются мнения, что мозг мы используем на все сто процентов. Когда ребёнок рождается, у него есть даже лишние клетки, которые со временем погибают. Я не согласна с теми, кто говорит, что наши дети слишком загружены в школе. Чем больше мы нагружаем ребёнка необходимыми знаниями, тем лучше. И мы не можем исключить случаи, когда, к примеру, человека ударила молния и он стал писать стихи, ушибся головой — начал играть на фортепиано. Это наталкивает на мысль, что у мозга всегда есть потенциал. Он ещё малоизучен.

Устройство мозга

Данный орган состоит из огромного количества связей, создающих устойчивое взаимодействие клеток и отростков. Ученые предполагают, что, если эту связь представить в виде прямой линии, ее длина восьмикратно превысит дистанцию к Луне.

Массовая доля этого органа в общей массе тела составляет не более 2%, а его вес варьируется в пределах 1019-1960 грамм. С момента рождения и до последнего вздоха человека он ведет непрерывную деятельность. Поэтому ему необходимо поглощать 21% всего кислорода, постоянно поступающего в организм человека. Ученые составили примерную картину усваивания мозгом информации: его память может вмещать в себе от 3 до 100 терабайт, в то время как память современного компьютера в данный момент совершенствуется до объема 20 терабайт.

Возможно ли отделение мозга от тела?

Такое расхождение по большей части является продуктом искусственного разделения между тем, что происходит внутри мозга и за его пределами. Философ Ник Бостром из Института будущего человечества отмечает, что «лучшие преимущества, которые вы можете получить за счет имплантатов мозга, это все те же устройства за его пределами, которые вы сможете использовать вместо естественных интерфейсов, вроде тех же глаз, для проецирования 100 миллионов битов в секунду прямо в мозг». На самом деле, такие средства «улучшения мозга» уже рассованы по нашим карманам и стоят на столах, обеспечивая нам доступ к улучшенным когнитивным функциям вроде мощного калькулятора и дополнительной памяти и совсем не прикасаясь к нейронам. Что нам добавит прямое подключение таких устройств к мозгу, кроме раздражения, — это тот еще вопрос.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

В мире медицины первые попытки по восстановлению зрения у слепых за счет использования имплантатов мозга быстро перешли к менее инвазивным подходам, включая протезирование сетчатки. Кохлеарные имплантаты, которые восстанавливают слух у глухих пациентов, полагаются на подобную стратегию взаимодействия со слуховым нервом, а не с самим мозгом. И если не брать совсем ограниченных в движениях пациентов, протезы, восстанавливающие или улучшающие движения, также работают в качестве интерфейсов. Чтобы дать ампутанту управление над механизированной искусственной конечностью, используется метод «целенаправленной реиннервации мышц», позволяющий врачам соединять периферические нервы утраченной конечности с новыми группами мышц, которые сообщаются с устройством. Для улучшения моторной функции у здоровых людей используются экзоскелеты, которые сообщаются с мозгом посредством непрямых, но отточенных эволюцией каналов. В каждом из этих случаев естественные взаимодействия мозга с телом человека помогают людям использовать протезы, а образуют прямую связь мозга и тела.

Несмотря на научные достижения последних десятилетий, человеческий мозг по-прежнему мало изучен

Самое экстремальное направление в футуристических технологиях мозга — стремление к достижению бессмертия посредством посмертного сохранения человеческого мозга. Две компании уже предлагают извлекать и сохранять мозги умирающих «клиентов», которые не хотят почить с миром. Органы сохраняются в жидком азоте, пока технологии не станут достаточно совершенными, чтобы восстанавливать мозг или «загружать» сознание в компьютер. Это стремление доводит церебральную мистику до ее логического завершения, целиком и полностью приветствуя логическую ошибку в том, что жизнь человека сводится до функции мозга и что мозг — это лишь физическое воплощение души, свободное от мяса.

Хотя стремление к бессмертию посредством сохранения мозга мало вредит чему-либо, кроме банковских счетов нескольких людей, это преследование также подчеркивает, почему так важна демистификация мозга. Чем больше мы чувствуем, что наши мозги заключают в себе нашу сущность как личности, чем больше верим, что мысли и действия просто проистекают из куска мяса в нашей голове, тем менее чувствительны мы становимся к роли общества и окружающей среды и тем меньше мы заботимся о культуре и ее ресурсах.

Мозг особенный не потому, что олицетворяет собой сущность нас, людей, а потому, что объединяет нас с нашим окружением так, как не смогла бы никакая душа. Если мы ценим наш собственный опыт, наши переживания и впечатления, мы должны защищать и укреплять многие факторы, которые обогащают нашу жизнь как внутри, так и за ее пределами. Мы — гораздо больше, чем просто мозги.