بيئة الوعي. العلم والاكتشاف: مهما حاولوا، فإن علماء الأعصاب وعلماء النفس المعرفي لن يجدوا أبدًا نسخة من السيمفونية الخامسة لبيتهوفن في الدماغ، أو نسخة من الكلمات أو الصور أو القواعد النحوية أو أي مثيرات خارجية أخرى. إن العقل البشري، بالطبع، ليس فارغًا بالمعنى الحرفي للكلمة. لكنها لا تحتوي على معظم الأشياء التي يعتقد الناس أنها ينبغي أن تحتوي عليها، بل إنها لا تحتوي حتى على تلك الأشياء أشياء بسيطةكـ "ذكريات".

ومهما حاولوا، فإن علماء الأعصاب وعلماء النفس المعرفي لن يجدوا أبدًا نسخة من السيمفونية الخامسة لبيتهوفن في الدماغ، أو نسخة من الكلمات أو الصور أو القواعد النحوية أو أي مثيرات خارجية أخرى. إن العقل البشري، بالطبع، ليس فارغًا بالمعنى الحرفي للكلمة. ولكنها لا تحتوي على معظم الأشياء التي يعتقد الناس أنها ينبغي أن تحتوي عليها - فهي لا تحتوي حتى على أشياء بسيطة مثل "الذكريات".

إن مفاهيمنا الخاطئة حول الدماغ لها جذور تاريخية عميقة، ولكن اختراع الكمبيوتر في الأربعينيات من القرن العشرين قد أربكنا بشكل خاص. لأكثر من نصف قرن، ظل علماء النفس واللغويون وعلماء الفسيولوجيا العصبية وغيرهم من الباحثين في السلوك البشري يقولون: إن الدماغ البشري يعمل مثل الكمبيوتر.

ولكي نفهم سطحية هذه الفكرة، دعونا نتخيل أن الدماغ طفل رضيع.بفضل التطور، يدخل البشر حديثو الولادة، مثل الأطفال حديثي الولادة في أي نوع آخر من الثدييات، إلى هذا العالم مستعدين للتفاعل معه بفعالية. تكون رؤية الطفل ضبابية، لكنه ينتبه انتباه خاصالوجوه ويمكنه التعرف بسرعة على وجه الأم من بين وجوه أخرى. فهو يفضل صوت الصوت عن الأصوات الأخرى، ويستطيع تمييز صوت الكلام الأساسي عن الآخر. نحن، بلا شك، مبنيون على التفاعل الاجتماعي في الاعتبار.

لدى الوليد السليم أكثر من اثنتي عشرة ردود أفعال - ردود فعل جاهزة لبعض المحفزات؛ فهي ضرورية للبقاء على قيد الحياة. يدير الطفل رأسه في اتجاه كل ما يدغدغ خده ويمتص كل ما يدخل إلى فمه. يحبس أنفاسه وهو يغطس في الماء. يمسك بالأشياء التي تقع في يديه بقوة شديدة لدرجة أنه يكاد يعلق عليها.

ولعل الأهم من ذلك هو أن الأطفال يأتون إلى العالم بآليات تعلم قوية للغاية تسمح لهم بالتغيير السريع حتى يتمكنوا من التفاعل مع العالم بفعالية متزايدة، حتى لو لم يكن هذا العالم مشابهًا للعالم الذي واجهوه مع أسلافهم البعيدين.

المشاعر وردود الفعل وآليات التعلم هي كل ما نبدأ بهوالحقيقة هي أن هناك الكثير من هذه الأشياء إذا فكرت فيها. إذا لم تكن لدينا إحدى هذه القدرات منذ ولادتنا، فسيكون من الصعب علينا البقاء على قيد الحياة.

ولكن هناك أيضًا شيء لم نولد به:المعلومات والبيانات والقواعد والبرمجيات والمعرفة والمفردات والتمثيلات والخوارزميات والبرامج والنماذج والذكريات والصور والمعالجة والروتين وأجهزة التشفير وأجهزة فك التشفير والرموز والمخازن المؤقتة هي عناصر التصميم التي تمكن أجهزة الكمبيوتر الرقمية من التصرف بطرق تذكرنا إلى حد ما من المعقول. نحن لا نولد بها فحسب، بل لا نطورها في أنفسنا. أبداً.

نحن لا نحتفظ بالكلمات أو القواعد التي تخبرنا بكيفية استخدامها. نحن لا نقوم بإنشاء إسقاطات مرئية للمحفزات أو تخزينها في مخزن مؤقت ذاكرة قصيرة المديوبعد ذلك لا ننقلها إلى تخزين الذاكرة طويلة المدى. نحن لا نستخرج المعلومات أو الصور والكلمات من سجلات الذاكرة. هذا ما تفعله أجهزة الكمبيوتر، ولكن ليس الكائنات الحية.

تقوم أجهزة الكمبيوتر بمعالجة المعلومات حرفيًا.- الأرقام والحروف والكلمات والصيغ والصور. يجب أن يتم تشفير المعلومات في البداية بتنسيق يمكن لأجهزة الكمبيوتر استخدامه، مما يعني أنه يجب تمثيلها في شكل آحاد وأصفار ("بت")، والتي يتم جمعها في كتل صغيرة ("بايت"). على جهاز الكمبيوتر الخاص بي، حيث يحتوي كل بايت على 8 بتات، بعضها يمثل الحرف "K"، والبعض الآخر - "O"، والبعض الآخر - "T". وبالتالي، فإن كل هذه البايتات تشكل كلمة "CAT". واحد صورة واحدة- على سبيل المثال، صورة قطتي هنري على سطح المكتب - يتم تمثيلها بنمط خاص يتكون من مليون من هذه البايتات ("ميغابايت واحد")، محددة بأحرف خاصة تخبر الكمبيوتر أن هذه صورة وليست كلمة.

تنقل أجهزة الكمبيوتر هذه الرسومات حرفيًا من مكان إلى آخر في حجرات تخزين مادية مختلفة مخصصة بداخلها مكونات الكترونية. في بعض الأحيان يقومون بنسخ الرسومات، وأحيانًا يقومون بتغييرها بعدة طرق - على سبيل المثال، عندما نقوم بتصحيح خطأ في مستند أو تنقيح صورة فوتوغرافية.

يتم أيضًا تخزين القواعد التي يتبعها الكمبيوتر لنقل طبقات البيانات هذه أو نسخها أو معالجتها داخل الكمبيوتر. تسمى مجموعات القواعد المجمعة "البرامج" أو "الخوارزميات". يُطلق على مجموعة الخوارزميات التي تعمل معًا لمساعدتنا في القيام بشيء ما (مثل شراء سهم أو البحث عن بيانات عبر الإنترنت) اسم "التطبيق".

أرجو أن تسامحني على هذه المقدمة لعالم الكمبيوتر، لكن يجب أن أوضح لك هذا الأمر تمامًا: تعمل أجهزة الكمبيوتر في الواقع على الجانب الرمزي من عالمنا.يقومون بالتخزين والاسترداد. إنهم يعالجون حقًا. لديهم ذكريات جسدية. إنهم حقًا مدفوعون بالخوارزميات في كل ما يفعلونه، دون استثناء.

ومن ناحية أخرى، فإن الناس لا يفعلون ذلك، فهم لم يفعلوا ذلك أبدًا ولن يفعلوا ذلك أبدًا.في ضوء ذلك، أود أن أسأل: لماذا يتحدث الكثير من العلماء عن صحتنا العقلية كما لو كنا أجهزة كمبيوتر؟

في كتابه "في صورتنا" (2015)، يقول خبير الذكاء الاصطناعي جورج زركاداكيس يصف ستة استعارات مختلفة استخدمها الناس على مدى ألفي عام الماضية, محاولة وصف الذكاء البشري.

في الكتاب المقدس الأول، خُلق الناس من الطين والطين، ثم وهبهم الله الذكي روحه، "وشرح" عقولنا - وفقًا لما يقوله الكتاب المقدس. على الأقل، نحويا.

اختراع التكنولوجيا الهيدروليكية في القرن الثالث قبل الميلاد. أدى إلى تعميم النماذج الهيدروليكية للذكاء البشري، وفكرة أن السوائل المختلفة في جسمنا - ما يسمى. "سوائل الجسم" - تتعلق بالأداء الجسدي والعقلي. لقد تم الحفاظ على الاستعارة لأكثر من 16 قرنًا وتم استخدامها في الممارسة الطبية طوال هذا الوقت.

بحلول القرن السادس عشر، تم تطوير آليات أوتوماتيكية مدفوعة بالزنبركات والتروس؛ وأخيرًا، ألهموا كبار المفكرين في ذلك الوقت، مثل رينيه ديكارت، لافتراض أن البشر عبارة عن آلات معقدة.

في القرن السابع عشر، اقترح الفيلسوف البريطاني توماس هوبز أن التفكير ينشأ من الاهتزازات الميكانيكية في الدماغ. بحلول أوائل القرن الثامن عشر، أدت الاكتشافات في مجالات الكهرباء والكيمياء إلى نظريات جديدة حول الذكاء البشري، وكانت هذه النظريات مجازية بطبيعتها مرة أخرى. وفي منتصف القرن نفسه، قام الفيزيائي الألماني هيرمان فون هيلمهولتز، مستوحى من التقدم في مجال الاتصالات، بمقارنة الدماغ بالتلغراف.

إذا كانت هذه الاستعارة بهذا الغباء، فلماذا لا تزال تسيطر على عقولنا؟ما الذي يمنعنا من رميها جانبًا باعتبارها غير ضرورية، تمامًا كما نرمي غصنًا يسد طريقنا؟ هل هناك طريقة لفهم الذكاء البشري دون الاعتماد على عكازين خيالية؟ وما هي التكلفة التي سيكلفنا استخدام هذا الدعم لفترة طويلة؟ بعد كل شيء، ألهمت هذه الاستعارة الكتاب والمفكرين للقيام بكمية هائلة من الأبحاث مناطق مختلفةالعلم منذ عقود. بكم التكلفة؟

في الفصل الدراسي للصف الذي قمت بتدريسه عدة مرات على مر السنين، أنا أبدأ باختيار متطوع وأطلب منه أن يرسم ورقة نقدية بقيمة دولار واحد على السبورة."مزيد من التفاصيل،" أقول. عندما ينتهي، أغطي الرسم بقطعة من الورق، وأخرج فاتورة من محفظته، وألصقها على السبورة وأطلب من الطالب تكرار المهمة. عندما ينتهي، أقوم بإزالة الورقة من الرسم الأول ثم يقوم الفصل بالتعليق على الاختلافات.

ربما لم يسبق لك أن شاهدت عرضًا كهذا من قبل، أو ربما لديك مشكلة في تصور النتائج، لذلك طلبت من جيني هيون، إحدى المتدربات في المعهد الذي أقوم فيه بأبحاثي، أن ترسم رسمتين. هنا رسم "من الذاكرة" (لاحظ الاستعارة):

وهذا رسم رسمته باستخدام الأوراق النقدية:

كانت جيني متفاجئة بنتيجة القضية مثلك على الأرجح، لكن هذا ليس بالأمر غير المعتاد. وكما ترون، فإن الرسم الذي تم دون الرجوع إلى الفاتورة فظيع مقارنة بتلك المنسوخة من العينة، على الرغم من أن جيني قد شاهدت فاتورة الدولار آلاف المرات.

اذا ما الأمر؟ أليس لدينا "فكرة" عما تبدو عليه فاتورة الدولار "التي تم تنزيلها" في "سجل الذاكرة" في أدمغتنا؟ ألا يمكننا ببساطة "استخراجها" من هناك واستخدامها عند إنشاء الرسم الخاص بنا؟

بالطبع لا، وحتى آلاف السنين من أبحاث علم الأعصاب لن تكشف عن فكرة وجود فاتورة بالدولار مخزنة في الدماغ البشري، وذلك ببساطة لأنها غير موجودة.

تُظهر مجموعة كبيرة من أبحاث الدماغ أنه في الواقع، غالبًا ما تشارك مناطق عديدة، وأحيانًا واسعة النطاق، في مهام الذاكرة التي تبدو تافهة.

عندما يواجه الشخص مشاعر قوية، يمكن لملايين الخلايا العصبية في الدماغ أن تنشط.في عام 2016، أجرى عالم الأعصاب في جامعة تورنتو بريان ليفين وزملاؤه دراسة على الناجين من حادث تحطم طائرة، وخلصت إلى أن أحداث الحادث ساهمت في زيادة النشاط العصبي في "اللوزة الدماغية، والفص الصدغي الإنسي، وخط الوسط الأمامي والخلفي، وكذلك في القشرة البصرية للركاب."

إن الفكرة التي طرحها عدد من العلماء، والتي مفادها أن ذكريات محددة يتم تخزينها بطريقة أو بأخرى في الخلايا العصبية الفردية، هي فكرة سخيفة؛ وإذا كان هناك أي شيء، فإن هذا الافتراض لا يؤدي إلا إلى رفع مسألة الذاكرة إلى مستوى أكثر تعقيدًا: كيف وأين، في نهاية المطاف، يتم تسجيل الذاكرة في الخلية؟

إذن ماذا يحدث عندما تسحب جيني ورقة بالدولار دون استخدام مرجع؟إذا لم تر جيني فاتورة من قبل، فمن المحتمل ألا يبدو رسمها الأول مثل رسمها الثاني. حقيقة أنها رأت أوراق الدولار من قبل قد غيرتها بطريقة ما. في الواقع، تم تعديل دماغها حتى تتمكن من تصور الورقة النقدية - وهو ما يعادل في الأساس، على الأقل جزئيًا، استعادة الإحساس بالتواصل البصري مع الورقة النقدية.

يذكرنا الفرق بين الرسمين بأن تصور شيء ما (وهو عملية إعادة التواصل البصري مع شيء لم يعد أمام أعيننا) هو أقل دقة بكثير من رؤيته فعليًا. ولهذا السبب نحن أفضل بكثير في التعرف على الأشياء من تذكرها.

عندما نعيد إنتاج شيء ما في الذاكرة(من اللاتينية إعادة - "مرة أخرى"، وإنتاج - "إنشاء")، يجب أن نحاول أن نعيش من جديد اللقاء مع شيء أو ظاهرة; ومع ذلك، عندما نتعلم شيئًا ما، علينا فقط أن ندرك حقيقة أننا قد مررنا سابقًا بتجربة الإدراك الذاتي لهذا الشيء أو الظاهرة.

ربما لديك ما تعترض على هذا الدليل.لقد رأت جيني أوراق الدولار من قبل، لكنها لم تبذل جهدًا واعيًا "لتذكر" التفاصيل. قد تجادل بأنها لو فعلت ذلك، لربما تمكنت من رسم الصورة الثانية دون استخدام عينة الورقة النقدية بالدولار. ومع ذلك، حتى مع ذلك، لم يتم "تخزين" أي صورة للورقة النقدية بأي شكل من الأشكال في دماغ جيني. لقد أصبحت ببساطة أكثر استعدادًا لرسمها بالتفصيل، تمامًا كما يصبح عازف البيانو أكثر كفاءة من خلال التدريب في العزف على كونشرتو البيانو دون الحاجة إلى تنزيل نسخة من النوتة الموسيقية.

ومن خلال هذه التجربة البسيطة، يمكننا أن نبدأ في بناء الأساس لنظرية خالية من الاستعارات للسلوك البشري الذكي ــ نظرية حيث الدماغ ليس فارغا تماما، ولكنه على الأقل متحرر من عبء استعارات الملكية الفكرية.

مع تقدمنا ​​في الحياة، نتعرض لأشياء كثيرة تحدث لنا. هناك ثلاثة أنواع من الخبرة جديرة بالملاحظة بشكل خاص: 1) نحن نشاهد ما يحدث حولنا(كيف يتصرف الآخرون، أصوات الموسيقى، التعليمات الموجهة إلينا، الكلمات على الصفحات، الصور على الشاشات)؛ 2) نحن عرضة لمجموعة من المحفزات البسيطة(على سبيل المثال، صفارات الإنذار) و حوافز مهمة(ظهور سيارات الشرطة)؛ 3) نحن نعاقب أو نكافأ على التصرف بطريقة معينة.من الألف إلى الياء.

نصبح أكثر فعالية عندما نتغير استجابة لهذه التجارب.- إذا تمكنا الآن من تلاوة قصيدة أو غناء أغنية، إذا كنا قادرين على اتباع التوجيهات المعطاة لنا، إذا استجبنا للمحفزات البسيطة بالإضافة إلى المحفزات المهمة، إذا حاولنا ألا نتصرف بطريقة تجعلنا نكون عرضة للخطر. يعاقب، وإذا تصرفنا بهذه الطريقة في كثير من الأحيان طريقة للحصول على مكافأة.

على الرغم من العناوين المضللة، لا أحد لديه أي فكرة عن التغييرات التي تحدث في الدماغ بعد أن نتعلم غناء أغنية أو تعلم قصيدة. ومع ذلك، لم يتم "تنزيل" الأغاني ولا القصائد في أدمغتنا. لقد تغير ببساطة بطريقة منظمة بحيث يمكننا الآن أن نغني أغنية أو نقرأ قصيدة إذا تم استيفاء شروط معينة.

عندما يُطلب منا أن نؤدي، لا يتم "استرداد" الأغنية ولا القصيدة من مكان ما في الدماغ- بنفس الطريقة التي لا "تستخرج" بها حركات أصابعي عندما أطبل على الطاولة. نحن فقط نغني أو نتحدث، ولا نحتاج إلى أي استخلاص.

قبل بضع سنوات، سألت إريك كاندل - عالم الأعصاب في جامعة كولومبيا الحائز على جائزة نوبل لتحديده بعض التغيرات الكيميائية التي تحدث في نقاط الاشتباك العصبي الناتجة عن النيوترونات لدى حلزون البحر Aplysia (حلزون البحر) بعد أن يتعلم شيئًا ما - عن المدة التي يستغرقها وفي رأيه، سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن نفهم آلية الذاكرة البشرية. فأجاب بسرعة: "مائة عام". لم أفكر في سؤاله عما إذا كان يعتقد أن استعارة IP كانت تبطئ التقدم العصبي، لكن بعض علماء الأعصاب بدأوا بالفعل في التفكير في ما لا يمكن تصوره، أي أن استعارة IP ليست ضرورية حقًا.

عدد من علماء الإدراك - وأبرزهم أنتوني كيميرو من جامعة سينسيناتي، مؤلف كتاب العلوم المعرفية الراديكالية المجسدة لعام 2009 - يرفضون الآن تمامًا فكرة أن الدماغ البشري يعمل مثل الكمبيوتر. الاعتقاد السائد هو أننا، مثل أجهزة الكمبيوتر، نفهم العالم من خلال إجراء حسابات على صورنا الذهنية، لكن كيميرو وعلماء آخرون يصفون طريقة مختلفة لفهم عملية التفكير - يعرّفونها على أنها التفاعل المباشر بين الكائنات الحية وعالمهم.

المثال المفضل لدي يوضح الفرق الكبير بين نهج الملكية الفكرية وما يسميه البعض وجهة النظر "المناهضة للتمثيل" في الأداء جسم الإنسانيتضمن تفسيرين مختلفين لكيفية التقاط لاعب البيسبول لكرة طائرة، قدمهما مايكل ماكبيث، الذي يعمل الآن في جامعة ولاية أريزونا، وزملاؤه، في بحث نُشر عام 1995 في مجلة Science.

وفقًا لمنهج IP، يجب على اللاعب صياغة تقدير تقريبي للظروف الأولية المختلفة لرحلة الكرة - قوة الاصطدام، وزاوية المسار، وما إلى ذلك - ثم إنشاء وتحليل نموذج داخلي للمسار الذي من المحتمل أن تسلكه الكرة. يتبع، وبعد ذلك يجب عليه استغلال هذا النموذج لتوجيه الحركات الصحيحة بشكل مستمر وفي الوقت المناسب بهدف اعتراض الكرة.

سيكون كل هذا جيدًا وجيدًا إذا عملنا تمامًا مثل أجهزة الكمبيوتر، لكن لدى ماكبيث وزملائه تفسيرًا أبسط: لالتقاط الكرة، يحتاج اللاعب فقط إلى الاستمرار في التحرك بطريقة تحافظ على اتصال مرئي مستمر بقاعدة المنزل و المساحة المحيطة (من الناحية الفنية، التزم بـ "المسار الخطي البصري"). قد يبدو هذا معقدًا، لكنه في الواقع بسيط للغاية ولا يتضمن أي حسابات أو تمثيلات أو خوارزميات.

قام اثنان من أساتذة علم النفس المتفانين في جامعة ليدز سيتي في المملكة المتحدة، وهما أندرو ويلسون وسابرينا جولونكا، بإدراج مثال لعبة البيسبول من بين أمثلة أخرى يمكن فهمها خارج نهج الملكية الفكرية. على مر السنين، قاموا بالتدوين حول ما يسمونه "نهجًا طبيعيًا أكثر تماسكًا للدراسة العلمية للسلوك البشري... يتعارض مع نهج علم الأعصاب الإدراكي السائد".

ومع ذلك، فإن هذا النهج أبعد ما يكون عن كونه أساسًا لحركة منفصلة؛ لا يزال معظم علماء الإدراك يرفضون انتقاد استعارة الملكية الفكرية ويتشبثون بها، كما قدم بعض المفكرين الأكثر تأثيرًا في العالم تنبؤات كبرى حول مستقبل البشرية تعتمد على صحة الاستعارة.

أحد التوقعاتتنص المادة الرابعة - التي قدمها عالم المستقبل كورزويل والفيزيائي ستيفن هوكينج وعالم الأعصاب راندال كوهين، من بين آخرين - على أنه بما أن الوعي البشري من المفترض أن يعمل برامج الحاسوب، سيكون من الممكن قريبًا تنزيل العقل البشري في الجهاز، ونتيجة لذلك سنبدأ في الحصول على ذكاء قوي بلا حدود، وربما نكتسب الخلود. شكلت هذه النظرية أساس الفيلم البائس Transcendence، بطولة جوني ديب في دور عالم يشبه كورزويل تم تحميل عقله على الإنترنت - وكانت له عواقب مروعة على البشرية.

ولحسن الحظ، بما أن استعارة الملكية الفكرية ليست صحيحة بأي حال من الأحوال، فلن نضطر أبدًا إلى القلق بشأن إصابة العقل البشري بالجنون في الفضاء الإلكتروني، ولن نتمكن أبدًا من تحقيق الخلود عن طريق تحميله في مكان ما. والسبب في ذلك ليس فقط عدم وجود برمجيات واعية في الدماغ؛ فالمشكلة أعمق - ولنسمها مشكلة التفرد - والتي تبدو ملهمة ومحبطة في نفس الوقت.

نظرًا لعدم وجود "بنوك الذاكرة" أو "تمثيلات" المحفزات في الدماغ، وبما أن كل ما هو مطلوب منا لكي نعمل في العالم هو أن يتغير الدماغ نتيجة لتجاربنا، فلا يوجد سبب للاعتقاد بذلك نفس التجربة تغير كل واحد منا بنفس القدر. إذا حضرنا أنا وأنت نفس الحفلة الموسيقية، فإن التغييرات التي تحدث في ذهني عند الاستماع إلى السيمفونية رقم 5 لبيتهوفن ستكون بالتأكيد مختلفة عن تلك التي تحدث في دماغك. يتم إنشاء هذه التغييرات، مهما كانت، بناءً على البنية العصبية الفريدة الموجودة بالفعل، والتي تطور كل منها طوال حياتك من خلال تجارب فريدة من نوعها.

وكما أوضح السير فريدريك بارتليت في كتابه "التذكر" (1932)، فإن هذا هو السبب وراء عدم قيام شخصين بتكرار القصة التي سمعوها بنفس الطريقة، وبمرور الوقت ستصبح قصصهم مختلفة أكثر فأكثر عن بعضها البعض.

لا يتم إنشاء "نسخة" من التاريخ؛ بل إن كل فرد، عند سماعه القصة، يتغير إلى حد ما - بما يكفي بحيث عندما يُسأل لاحقًا عن القصة (في بعض الحالات، بعد أيام أو أشهر أو حتى سنوات من قراءة بارتليت للقصة لأول مرة لهم) - سيكونون قادرون على استعادة اللحظات التي استمعوا فيها إلى القصة إلى حد ما، وإن لم تكن دقيقة للغاية (انظر الصورة الأولى لفاتورة الدولار أعلاه.).

أعتقد أن هذا ملهم لأنه يعني أن كل واحد منا فريد حقًا - ليس فقط في شفرتنا الجينية، ولكن حتى في الطريقة التي تتغير بها أدمغتنا بمرور الوقت. إنه أمر محبط أيضًا لأنه يجعل التحدي الكبير الذي يواجهه علم الأعصاب يبدو أبعد من الخيال. في كل تجربة من تجاربنا اليومية، قد يشمل التغيير المنظم آلاف أو ملايين الخلايا العصبية، أو حتى الدماغ بأكمله، نظرًا لأن عملية التغيير تختلف من دماغ إلى آخر.

والأسوأ من ذلك، أنه حتى لو كان لدينا القدرة على التقاط لقطة لجميع الخلايا العصبية في الدماغ البالغ عددها 86 مليارًا ثم محاكاة حالة تلك الخلايا العصبية باستخدام الكمبيوتر، فإن هذا القالب الشامل لن ينطبق على أي شيء خارج الدماغ الذي تم إنشاؤه فيه في الأصل.

ربما يكون هذا هو التأثير الأكثر وحشية الذي أحدثته استعارة الملكية الفكرية على فهمنا لعمل الجسم البشري. في حين تقوم أجهزة الكمبيوتر بتخزين نسخ دقيقة من المعلومات - نسخ يمكن أن تظل دون تغيير لفترة طويلة، حتى لو تم إلغاء تنشيط الكمبيوتر نفسه - فإن أدمغتنا تحافظ على الذكاء فقط عندما نكون على قيد الحياة. ليس لدينا أزرار تشغيل/إيقاف.

فإما أن يستمر الدماغ في نشاطه، أو نختفي.علاوة على ذلك، كما أشار عالم الأعصاب ستيفن روز في كتابه "مستقبل الدماغ" الصادر عام 2005، فإن لقطة لحالة الدماغ الحالية قد تكون أيضًا بلا معنى ما لم نعرف تاريخ الحياة الكامل لصاحب ذلك الدماغ - وربما حتى تفاصيل البيئة الاجتماعية، على وجه الخصوص. حيث نشأ.

فكر في مدى تعقيد هذه المشكلة. لفهم حتى أساسيات كيفية دعم الدماغ للذكاء البشري، قد نحتاج إلى فهم ليس فقط الحالة الحالية لجميع الخلايا العصبية البالغ عددها 86 مليارًا وتقاطعاتها البالغ عددها 100 تريليون، وليس فقط نقاط القوة المتباينة التي ترتبط بها، ولكن أيضًا كيفية فهم العزم. نشاط الدماغ في هذه اللحظة يدعم سلامة النظام.

أضف هنا تفرد كل دماغ، والذي تم إنشاؤه جزئيًا عن طريق التفرد مسار الحياةكل شخص، وبدأت توقعات كاندل تبدو مفرطة في التفاؤل. (في الإصدار الذي تم إصداره مؤخرًاتحرير عمود أورسك اقترح عالم الأعصاب كينيث ميلر في صحيفة نيويورك تايمز أن المهمة تتمثل على الأقل في اكتشاف الأساسيات الاتصال العصبيسيستغرق "قرونًا".)

وفي الوقت نفسه، يتم ضخ مبالغ ضخمة من المال في أبحاث الدماغ بناءً على أفكار معيبة في كثير من الأحيان ووعود لم يتم الوفاء بها. تم توثيق الحالة الأكثر فظاعة للأبحاث العصبية التي انحرفت عن مسارها في الإصدار الذي تم إصداره مؤخرًاتقرير أمريكي علمي . كنا نتحدث عن مبلغ 1.3 مليار دولار خصص لمشروع الدماغ البشري الذي أطلقه الاتحاد الأوروبي عام 2013.

واقتناعا منها هنري ماركرام صاحب الشخصية الكاريزمية بأنه قادر على إنشاء محاكاة كمبيوتر عملاق للدماغ البشري بحلول عام 2023، وأن مثل هذا النموذج من شأنه أن يوفر اختراقات في علاج مرض الزهايمر وغيره من الاضطرابات، قامت سلطات الاتحاد الأوروبي بتمويل المشروع دون أي قيود حرفيا. وبعد أقل من عامين، تحول المشروع إلى مكب للأدمغة، وطُلب من ماركرام ترك منصبه.

قد يهمك هذا:

نحن كائنات حية، ولسنا أجهزة كمبيوتر. تعامل مع.دعونا نستمر في محاولة فهم أنفسنا، ولكن دعونا نتخلص من الأمتعة الفكرية غير الضرورية. لقد استمرت استعارة الملكية الفكرية لمدة نصف قرن، ولم تجلب إلا عددًا ضئيلًا من الاكتشافات. حان الوقت للضغط على زر الحذف.نشرت

ترجمة: فلادا أولشانسكايا ودينيس برونين.

كل دماغ بشري هو شيء خاص، وهو معجزة طبيعية معقدة بشكل لا يصدق، تم إنشاؤه عبر ملايين السنين من التطور. اليوم يُطلق على دماغنا اسم الكمبيوتر الحقيقي. وهذا التعبير لا يستخدم عبثا.

واليوم سنحاول أن نفهم لماذا يسمي العلماء الدماغ البشري بالكمبيوتر البيولوجي، وماذا حقائق مثيرة للاهتمامموجودة عنه.

لماذا يعتبر الدماغ جهاز كمبيوتر بيولوجي؟

يطلق العلماء على الدماغ اسم الكمبيوتر البيولوجي لأسباب واضحة. الدماغ، مثل المعالج الرئيسيأي نظام كمبيوتر، هو المسؤول عن تشغيل جميع عناصر وعقد النظام. كما هو الحال مع كبشوالقرص الصلب وبطاقة الفيديو وعناصر الكمبيوتر الأخرى، يتحكم العقل البشري في الرؤية والتنفس والذاكرة وأي عملية أخرى تحدث في جسم الإنسان. يقوم بمعالجة البيانات الواردة واتخاذ القرارات وتنفيذ جميع الأعمال الفكرية.

أما السمة "البيولوجية" فوجودها واضح تمامًا أيضًا، لأنه على عكس المعتاد معدات الحاسوب، الدماغ البشري هو بيولوجي في الأصل. لذلك اتضح أن الدماغ هو جهاز كمبيوتر بيولوجي حقيقي.

مثل معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة، الدماغ البشري لديه عدد كبير من الوظائف والقدرات. ونحن نقدم بعض الحقائق الأكثر إثارة للاهتمام حولهم أدناه:

• حتى في الليل، عندما يستريح جسمنا، لا ينام الدماغ، ولكن على العكس من ذلك، يكون في حالة أكثر نشاطا مما كانت عليه خلال النهار؛
• المقدار الدقيق للمساحة أو الذاكرة التي يمكن تخزينها في الدماغ البشري هو هذه اللحظةغير معروف لدى العلماء. ومع ذلك، يقترحون أن هذا "البيولوجي". الأقراص الصلبة» قادرة على تخزين ما يصل إلى 1000 تيرابايت من المعلومات؛
• ويبلغ متوسط ​​وزن الدماغ كيلوغراماً ونصف، ويزداد حجمه، كما في حالة العضلات، من التدريب. صحيح، في في هذه الحالةالتدريب ينطوي على اكتساب معرفة جديدة، وتحسين الذاكرة، وما إلى ذلك؛
• على الرغم من أن الدماغ هو الذي يتفاعل مع أي ضرر يلحق بالجسم عن طريق إرسال إشارات الألم إلى الأجزاء المقابلة من الجسم، إلا أنه في حد ذاته لا يشعر بالألم. عندما نشعر بالصداع، فهو فقط ألم في أنسجة وأعصاب الجمجمة.

الآن أنت تعرف لماذا يسمى الدماغ بالكمبيوتر البيولوجي، مما يعني أنك قمت ببعض التدريب لعقلك. لا تتوقف عند هذا الحد، وتعلم شيئًا جديدًا بشكل منهجي.

أطراف صناعية تتحكم فيها قوة الفكر والتواصل المباشر مع أجهزة الكمبيوتر دون مساعدة العضلات، وفي المستقبل - جسم صناعي لشخص مشلول وتدريب الوظائف المعرفية - التفكير والذاكرة والانتباه. كل هذا خارج نطاق الخيال العلمي. لقد حان الوقت لعلم الأعصاب، كما يقول دكتوراه. العلوم البيولوجية، رئيس قسم التقنيات العصبية المعرفية في المركز الوطني للبحوث "معهد كورشاتوف" سيرجي شيشكين. وتحدث عن أحدث نتائج أبحاث الدماغ في مركز سيريوس التعليمي. يقدم Lenta.ru النقاط الرئيسية في خطابه.

الخطوات الأولى في الأرض المجهولة

نتائج البحث الجسدي تكمن وراء كل ما يحيط بنا. أيًا كان ما ننظر إليه - المباني، والملابس، وأجهزة الكمبيوتر، والهواتف الذكية - فكل هذا مرتبط بطريقة أو بأخرى بالتقنيات القائمة على قوانين الفيزياء. لكن مساهمة علوم الدماغ في حياتنا أصغر بما لا يقاس.

لماذا؟ حتى وقت قريب، تطور علم الأعصاب ببطء شديد. في منتصف القرن التاسع عشر، بدأوا للتو في فهم أن الدماغ يتكون من خلايا عصبية - الخلايا العصبية، ولكن بعد ذلك كان من الصعب للغاية رؤيتها وعزلها. لقد وجد الباحثون المعاصرون طرقًا لدراسة الخلايا العصبية بشكل أعمق ومراقبة عملها - على سبيل المثال، يقومون بحقن أصباغ الفلورسنت التي تتوهج عند تنشيط الخلية.

تتيح الأساليب الجديدة مراقبة عمل الدماغ البشري دون تدخل جراحي باستخدام تقنية الرنين المغناطيسي النووي. لقد بدأنا في فهم بنية الدماغ بشكل أفضل وإنشاء تقنيات جديدة بناءً على هذه المعرفة. واحدة من أكثر هذه الميزات إثارة للإعجاب هي واجهة الدماغ والكمبيوتر.

واجهة الدماغ والكمبيوتر

تتيح لك هذه التقنية التحكم في جهاز الكمبيوتر بقوة الفكر، وبشكل أكثر دقة، يطلق عليها “تقنية نقل الأوامر من الدماغ إلى جهاز الكمبيوتر دون مساعدة العضلات والأعصاب الطرفية” (وهذا هو التعريف المعتمد في الأدبيات العلمية)؛ ). الغرض الرئيسي من واجهات الدماغ الحاسوبية هو مساعدة الأشخاص ذوي الإعاقة، وفي المقام الأول أولئك الأشخاص الذين لا تعمل عضلاتهم أو نظام التحكم لديهم. يمكن أن يحدث هذا لأسباب مختلفة - على سبيل المثال، حادث سيارة عندما ينقطع الحبل الشوكي للشخص.

هل من الضروري الشخص السليمقناة اتصال إضافية مع جهاز كمبيوتر؟ يعتقد بعض العلماء أن مثل هذه الواجهة يمكن أن تسرع بشكل كبير العمل مع تكنولوجيا الكمبيوتر، لأن الشخص لن "تباطأ" بيديه: - سوف يرسل المعلومات مباشرة إلى الكمبيوتر. هناك أيضًا افتراض أكثر واقعية: بمساعدة هذه الواجهات، يمكنك تدريب الوظائف المعرفية للدماغ - التفكير والذاكرة والانتباه... كيف لا يتذكر المرء فيلم "The Lawnmower Man"، حيث الشخصية الرئيسيةباستخدام الواقع الافتراضيلقد "ضخ" دماغه لدرجة أنه أصبح في الواقع سوبرمان.

وفي قلب هذه الرغبات يوجد حلم توسيع قدرات الدماغ. وهذا أمر مفهوم: فنحن دائمًا غير راضين عن الفرص المتاحة لنا. إن حلم توسيع قدرات الدماغ يوحي للعلماء باتجاه عمل يبدو رائعًا، ولكنه حقيقي بشكل متزايد: محاولة ربط الدماغ بالكمبيوتر بشكل وثيق قدر الإمكان. بعد كل شيء، برامج الكمبيوتر لديها عيب كبير - كل شيء تقريبا فيها مبني على قواعد صارمة، في حين أن الحدس البشري يعمل، على الرغم من أنه لا يستطيع حساب الخيارات على الفور تقريبا. إذن ما هو الاتحاد؟ نقاط القوةسيكون الدماغ والكمبيوتر مفيدًا جدًا.

مشاكل عملية

ولكن أولا وقبل كل شيء، يواجه علم الأعصاب تماما مشاكل عملية. على سبيل المثال، مساعدة الأشخاص المصابين بمرض يسمى التصلب الجانبي الضموري. هناك عدد قليل من المرضى الذين يعانون من هذا التشخيص، لكنه مرض خطير للغاية. يمكن للمريض أن يفكر بشكل طبيعي تمامًا ويستقبل المعلومات من العالم الخارجي، ولكنه غير قادر على الحركة أو حتى قول أي شيء. ولسوء الحظ، يظل هذا المرض غير قابل للشفاء، ولا يستطيع المرضى التواصل مع الآخرين لبقية حياتهم.

جرت المحاولات الأولى لإنشاء واجهة "الدماغ والحاسوب" في الستينيات، لكن الاهتمام الجاد بهذه التكنولوجيا لم ينشأ إلا بعد أن قام العالم الألماني نيلز بيرباومر وزملاؤه بتطوير ما يسمى "جهاز نقل الأفكار" في أواخر التسعينيات. وبدأ بتعليم المرضى المصابين بالشلل كيفية استخدامه.

وتمكن بعض المرضى، بفضل هذا الجهاز، من التواصل مع أقاربهم والباحثين. أحدهم كتب باستخدام "جهاز نقل الأفكار" خطاب كبيروالذي وصف فيه كيفية كتابة الحروف. وهذا النص الذي كتبه المريض على مدى ستة أشهر تم نشره في إحدى المجلات العلمية.

لا يمكن وصف العمل مع نظام بيرباومر بالبساطة. يجب على المريض أولاً اختيار أحد نصفي الأبجدية الظاهرة على الشاشة، مما يؤدي إلى تغيير الإمكانات الكهربائية القادمة من الدماغ إما إيجابية أو سلبية. الجانب السلبي. وهكذا، يبدو أنه يقول عقليًا "نعم" أو "لا". يتم تسجيل الجهد الكهربائي مباشرة على سطح فروة الرأس، ويتم تغذيته بجهاز الكمبيوتر، ويحدد أي نصف الحروف الأبجدية يجب اختياره. ثم يتعمق الشخص في الحروف الأبجدية ويختار حرفًا معينًا. وهذا أمر غير مريح ويستغرق وقتًا طويلاً، لكن الطريقة لا تتطلب زرع أقطاب كهربائية في الدماغ.

تعتبر الطرق الغازية، حيث يتم إدخال الأقطاب الكهربائية مباشرة في الدماغ، أكثر نجاحًا. الدافع لتطوير هذا الاتجاه أعطته الحرب في العراق. بعد ذلك أصبح العديد من الأفراد العسكريين معاقين، وحاول العلماء الأمريكيون معرفة كيف يمكن لهؤلاء الأشخاص التحكم في الأطراف الاصطناعية الميكانيكية باستخدام واجهة الدماغ والكمبيوتر. أجريت التجارب الأولى على القرود، ثم تم زرع أقطاب كهربائية في الأشخاص المصابين بالشلل. ونتيجة لذلك، كان الشخص قادرا على المشاركة بنشاط في عملية إتقان تقنية التحكم في الطرف الاصطناعي.

في عام 2012، تمكن فريق أندرو شوارتز من بيتسبرغ من تدريب امرأة مشلولة على التحكم في ذراع ميكانيكية بدقة شديدة لدرجة أنها كانت قادرة على استخدامها للإمساك بأشياء مختلفة وحتى مصافحة مضيف برنامج تلفزيوني شهير. صحيح، لم يتم تنفيذ جميع الحركات بشكل لا تشوبه شائبة، ولكن، بالطبع، يتم تحسين النظام.

كيف تمكنت من القيام بهذا؟ لقد تم تطوير نهج يسمح بتحديد الاتجاه المطلوب للحركة بسرعة باستخدام الإشارات المشفرة في الخلايا العصبية. للقيام بذلك، من الضروري زرع أقطاب كهربائية صغيرة في القشرة الحركية للدماغ - فهي تحول الإشارات من الخلايا العصبية التي تنتقل إلى الكمبيوتر.

السؤال الذي يطرح نفسه على الفور هو: إذا قام شخص ما بتحريك ذراع ميكانيكية، فهل من الممكن إنشاء مضاعفة ميكانيكية - الصورة الرمزية التي ستعيد إنتاج جميع حركات الشخص؟ سيتم التحكم في مثل هذا الجسم الميكانيكي من خلال واجهة الدماغ والكمبيوتر. هناك الكثير من التخيلات حول هذا الأمر، وأحيانًا يتوصل العلماء إلى بعض الخطط الحقيقية. في الوقت الحالي، يعتبر الخبراء الجادون هذا الأمر بمثابة خيال علمي، لكن هذا ممكن في المستقبل البعيد.

السيطرة على النظرة

وفي مختبر التقنيات المعرفية في معهد كورشاتوف، لا يعملون الآن على واجهات "الدماغ والحاسوب" فحسب، بل أيضًا على واجهات "العين والدماغ والكمبيوتر". بالمعنى الدقيق للكلمة، إنها ليست واجهة بين الدماغ والحاسوب تمامًا لأنها تستخدم عضلات العين للعمل. يعد التحكم عن طريق تسجيل اتجاه النظر أمرًا مهمًا أيضًا، نظرًا لوجود أشخاص معاقين يعانون من إعاقة حركية تستمر عضلات عيونهم في العمل. توجد بالفعل أنظمة جاهزة يمكن لأي شخص من خلالها كتابة النص بأعينه.

ومع ذلك، تنشأ مشاكل خارج مهمة الكتابة. على سبيل المثال، من الصعب تعليم الواجهة عدم إصدار الأوامر عندما ينظر الشخص إلى زر التحكم لمجرد أنه كان يفكر وتوقف عن النظر إليه.

لحل هذه المشكلة، قرر معهد كورشاتوف إنشاء تقنية مشتركة. يلعب المشاركون في التجربة لعبة كومبيوتر، والقيام بالحركات فقط مع توقفات قصيرة للنظر. خلال هذا الوقت، يسجل الباحثون الإشارات الكهربائية من أدمغتهم على سطح فروة الرأس.

وتبين أنه عندما يقوم أحد المشاركين في التجربة برفع نظره ليقوم بحركة ما، تظهر علامات خاصة في إشارات دماغه لا وجود لها عند رفع النظر دون سبب. وبناءً على هذه الملاحظات، يتم إنشاء واجهة "العين والدماغ والكمبيوتر". سيحتاج مستخدمه فقط إلى إلقاء نظرة على زر أو رابط على شاشة الكمبيوتر والرغبة في النقر عليه - سيتعرف النظام على هذه الرغبة، وستحدث النقرة من تلقاء نفسها.

في المستقبل، ستظهر طرق جديدة تجعل من الممكن توصيل الدماغ بالكمبيوتر دون استخدام عمليات محفوفة بالمخاطر ومكلفة للغاية. ونحن نشهد الآن ظهور هذه التقنيات وسنتمكن قريبًا من تجربتها.

• ترجمة

نتذكر جميعًا التمارين الحسابية المؤلمة من المدرسة. يستغرق الأمر دقيقة على الأقل لضرب أرقام مثل 3752 و6901 باستخدام قلم الرصاص والورق. بالطبع، اليوم، مع وجود هواتفنا في متناول أيدينا، يمكننا التحقق بسرعة من أن نتيجة تمريننا يجب أن تكون 25,892,552 معالجًا الهواتف الحديثةيمكنها إجراء أكثر من 100 مليار عملية من هذا القبيل في الثانية. علاوة على ذلك، تستهلك هذه الرقائق القليل من واط فقط، مما يجعلها أكثر كفاءة بكثير من أدمغتنا البطيئة، التي تستهلك 20 واط وتستغرق وقتًا أطول بكثير لتحقيق نفس النتيجة.

وبطبيعة الحال، لم يتطور الدماغ للقيام بالحسابات. ولهذا السبب فهو لا يفعل ذلك بشكل جيد. لكنها تقوم بعمل ممتاز في معالجة التدفق المستمر للمعلومات القادمة من بيئتنا. وهو يتفاعل معها - أحيانًا بشكل أسرع مما يمكننا أن ندركه. ومهما كان مقدار الطاقة التي يستهلكها الكمبيوتر العادي، فإنه سيواجه صعوبة في التعامل مع الأشياء التي يسهل على الدماغ، مثل فهم اللغة أو صعود الدرج.

إذا تمكنا من إنشاء آلات تضاهي قدراتها الحاسوبية وكفاءتها في استخدام الطاقة قدرة الدماغ، فإن كل شيء سيتغير بشكل كبير. ستتحرك الروبوتات برشاقة عبر العالم المادي وتتواصل معنا باللغة الطبيعية. تجمع الأنظمة واسعة النطاق كميات هائلة من المعلومات حول الأعمال التجارية أو العلوم أو الطب أو الحكومة، وتكتشف أنماطًا جديدة، وتجد العلاقات بين السبب والنتيجة، وتقوم بالتنبؤات. ذكي تطبيقات الهاتف الجوالمثل Siri وCortana، يمكن الاعتماد بشكل أقل على السحابة. مثل هذه التكنولوجيا يمكن أن تسمح لنا بإنشاء أجهزة منخفضة الطاقة تعمل على تعزيز حواسنا، وتزويدنا بالأدوية، ومحاكاة الإشارات العصبية للتعويض عن تلف الأعضاء أو الشلل.

ولكن هل من السابق لأوانه تحديد مثل هذه الأهداف الجريئة لنفسك؟ هل فهمنا للدماغ محدود جدًا بحيث لا يمكننا إنشاء تقنيات تعمل بناءً على مبادئه؟ أعتقد أن محاكاة حتى أبسط ميزات الدوائر العصبية يمكن أن تحسن بشكل كبير أداء العديد من التطبيقات التجارية. لا يزال من غير المعروف مدى الدقة التي يجب أن تقوم بها أجهزة الكمبيوتر بنسخ التفاصيل البيولوجية لبنية الدماغ من أجل الوصول إلى مستوى أدائها. سؤال مفتوح. لكن الأنظمة المستوحاة من الدماغ، أو الأنظمة العصبية، سوف تصبح أدوات مهمة في البحث عن إجابة.

الميزة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر التقليدية هي الفصل المادي للذاكرة، التي تخزن البيانات والتعليمات، والمنطق الذي يعالج هذه المعلومات. لا يوجد مثل هذا الانقسام في الدماغ. تحدث عمليات الحوسبة وتخزين البيانات في وقت واحد ومحليًا، عبر شبكة واسعة تتكون من حوالي 100 مليار خلية عصبية (خلايا عصبية) وأكثر من 100 تريليون اتصال (مشابك عصبية). يتم تعريف جزء كبير من الدماغ من خلال هذه الروابط وكيفية استجابة كل خلية عصبية للمدخلات الواردة من الخلايا العصبية الأخرى.

عندما نتحدث عن القدرات الاستثنائية للدماغ البشري، فإننا نعني عادة الاكتساب الأخير لعملية تطورية طويلة - القشرة المخية الحديثة (القشرة الجديدة). تشكل هذه الطبقة الرقيقة والمطوية للغاية الطبقة الخارجية للدماغ وتؤدي مجموعة متنوعة من المهام، بما في ذلك معالجة المعلومات الحسية والتحكم الحركي والذاكرة والتعلم. تتوفر مثل هذه المجموعة الواسعة من الاحتمالات لبنية متجانسة إلى حد ما: ست طبقات أفقية ومليون عمود رأسي، بعرض 500 ميكرون، تتكون من خلايا عصبية تدمج وتوزع المعلومات المشفرة في نبضات كهربائية على طول الهوائيات التي تنمو منها - التشعبات والمحاور.

مثل كل الخلايا جسم الإنسان، تمتلك الخلية العصبية جهدًا كهربائيًا يبلغ حوالي 70 مللي فولت بين السطح الخارجي والداخل. يتغير جهد الغشاء عندما تتلقى الخلية العصبية إشارات من الخلايا العصبية الأخرى المتصلة بها. إذا ارتفع جهد الغشاء إلى قيمة حرجة، فإنه يشكل نبضة، أو زيادة في الجهد، تدوم لبضعة ميلي ثانية، في حدود 40 مللي فولت. ينتقل هذا الدافع على طول محور العصبون حتى يصل إلى المشبك، وهو هيكل كيميائي حيوي معقد يربط محور عصبي لخلية عصبية بتغصنات أخرى. إذا استوفى النبض قيودًا معينة، فإن المشبك يحوله إلى نبض آخر ينتقل عبر التشعبات المتفرعة للخلية العصبية التي تستقبل الإشارة ويغير جهد الغشاء إما بشكل إيجابي أو سلبي.

يعد الاتصال سمة مهمة للدماغ. تحتوي الخلية العصبية الهرمية، وهي نوع من الخلايا ذات أهمية خاصة في القشرة المخية الحديثة للإنسان، على حوالي 30.000 مشبك عصبي، أي 30.000 قناة مدخلات من الخلايا العصبية الأخرى. والدماغ يتكيف باستمرار. تتغير خصائص الخلايا العصبية والمشبك العصبي - وحتى بنية الشبكة نفسها - باستمرار، وذلك إلى حد كبير استجابة للمدخلات الحسية والمؤثرات الحسية تعليقبيئة.

أجهزة الكمبيوتر الحديثة هدف عامرقمي، وليس تناظري؛ ليس من السهل تصنيف الدماغ. تقوم الخلايا العصبية بتخزين الشحنات الكهربائية، مثل المكثفات في الدوائر الإلكترونية. من الواضح أن هذه عملية تناظرية. لكن الدماغ يستخدم الدفقات كوحدات معلومات، وهذا في الأساس مخطط ثنائي: في أي وقت وفي أي مكان، إما أن يكون هناك انفجار أو لا يوجد. من الناحية الإلكترونية، الدماغ عبارة عن نظام إشارات مختلط، مع حساب تناظري محلي ونقل المعلومات باستخدام رشقات ثنائية. نظرًا لأن البداية تحتوي فقط على القيم 0 أو 1، فيمكن أن تمر مسافة طويلةدون أن تفقد هذه المعلومات الأساسية. كما أنه يتكاثر ويصل إلى الخلية العصبية التالية في الشبكة.

آخر الفرق الرئيسيالدماغ والكمبيوتر - يتعامل الدماغ مع معالجة المعلومات بدون مركز مركزي مولد الساعة، مزامنة عملها. على الرغم من أننا نلاحظ تزامن الأحداث -موجات الدماغ- إلا أنها تنظم نفسها، وتنشأ نتيجة عمل الشبكات العصبية. ومن المثير للاهتمام أن أنظمة الكمبيوتر الحديثة بدأت في اعتماد عدم التزامن المتأصل في الدماغ لتسريع العمليات الحسابية عن طريق إجرائها بالتوازي. لكن درجة والغرض من التوازي بين هذين النظامين مختلفان للغاية.

إن فكرة استخدام الدماغ كنموذج للحوسبة لها جذور عميقة. استندت المحاولات الأولى إلى خلية عصبية بسيطة، تُخرج قيمة واحدة إذا تجاوز مجموع بيانات الإدخال الموزونة عتبة معينة، وقيمة أخرى إذا لم يتجاوزها. الواقعية البيولوجية لهذا النهج، التي تصورها وارن ماكولوتش ووالتر بيتس في الأربعينيات، محدودة للغاية. ومع ذلك، كانت هذه هي الخطوة الأولى نحو تطبيق مفهوم الخلايا العصبية المشتعلة كعنصر حسابي.

في عام 1957، اقترح فرانك روزنبلات نوعًا آخر من الخلايا العصبية العتبية، وهو الإدراك الحسي. تتكون شبكة من العقد المترابطة (الخلايا العصبية الاصطناعية) من طبقات. تتفاعل الطبقات المرئية على سطح الشبكة مع العالم الخارجي كمدخلات ومخرجات، وتقوم الطبقات المخفية الموجودة بالداخل بجميع العمليات الحسابية.

واقترح روزنبلات أيضًا الاستفادة من السمة الأساسية للدماغ: التثبيط. بدلاً من إضافة جميع المدخلات، يمكن للخلايا العصبية الموجودة في الإدراك الحسي أن تقدم مساهمة سلبية. تسمح هذه الميزة للشبكات العصبية باستخدام طبقة مخفية واحدة لحل مشاكل منطق XOR التي يكون فيها الإخراج صحيحًا إذا كان أحد المدخلين الثنائيين صحيحًا. يوضح هذا المثال البسيط أن إضافة الواقعية البيولوجية يمكن أن يضيف قدرات حسابية جديدة. ولكن ما هي وظائف الدماغ الضرورية لعمله، وما هي آثار التطور عديمة الفائدة؟ لا أحد يعرف.

نحن نعلم أنه يمكن تحقيق نتائج حسابية مثيرة للإعجاب دون محاولة الواقعية البيولوجية. لقد قطع باحثو التعلم العميق شوطًا طويلًا في استخدام أجهزة الكمبيوتر لتحليل كميات كبيرة من البيانات واستخراج ميزات محددة من الصور المعقدة. على الرغم من أن الشبكات العصبية التي قاموا بإنشائها تحتوي على مدخلات وطبقات مخفية أكثر من أي وقت مضى، إلا أنها لا تزال تعتمد بشكل كبير نماذج بسيطةالخلايا العصبية. هُم فرص وافرةلا تعكس الواقعية البيولوجية، بل تعكس حجم الشبكات التي تحتوي عليها وقوة أجهزة الكمبيوتر المستخدمة لتدريبها. لكن شبكات التعلم العميق لا تزال بعيدة كل البعد عن مطابقة السرعات الحسابية، وكفاءة الطاقة، وقدرات التعلم للدماغ البيولوجي.

من الأفضل تسليط الضوء على الفجوة الشاسعة بين الدماغ وأجهزة الكمبيوتر الحديثة من خلال عمليات محاكاة الدماغ واسعة النطاق. خلف السنوات الاخيرةتم إجراء العديد من هذه المحاولات، ولكن جميعها كانت مقيدة بشكل صارم بعاملين: الطاقة وزمن المحاكاة. على سبيل المثال، لنتأمل محاكاة أجراها ماركوس ديزمان وزملاؤه منذ عدة سنوات باستخدام 83 ألف معالج على الكمبيوتر العملاق K في اليابان. استهلكت محاكاة 1.73 مليار خلية عصبية طاقة أكثر بـ 10 مليارات مرة من الطاقة التي يستهلكها قسم مماثل من الدماغ، على الرغم من أنها استخدمت نماذج مبسطة للغاية ولم تقم بأي تدريب. وعادةً ما تكون مثل هذه المحاكاة أبطأ بأكثر من 1000 مرة من الوقت الحقيقي للدماغ البيولوجي.

لماذا هم بطيئون جدا؟ محاكاة الدماغ قيد التشغيل أجهزة الكمبيوتر العاديةيتطلب حساب المليارات المعادلات التفاضليةالمترابطة، ووصف ديناميكيات الخلايا والشبكات: العمليات التناظرية مثل حركة الشحنات غشاء الخلية. إن أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم المنطق البولياني، أي استبدال الطاقة بالدقة، والذاكرة المنفصلة والحسابات، غير فعالة على الإطلاق في محاكاة الدماغ.

يمكن أن تصبح عمليات المحاكاة هذه أدوات لفهم الدماغ، ونقل البيانات التي تم الحصول عليها في المختبر إلى عمليات محاكاة يمكننا تجربتها ثم مقارنة النتائج بالملاحظات. ولكن إذا كنا نأمل في السير في اتجاه مختلف واستخدام دروس علم الأعصاب لإنشاء أنظمة حاسوبية جديدة، فيتعين علينا أن نعيد التفكير في كيفية تصميم وبناء أجهزة الكمبيوتر.

الخلايا العصبية في السيليكون.

قد يكون نسخ الدماغ باستخدام الإلكترونيات أكثر جدوى مما يبدو للوهلة الأولى. اتضح أنه يتم إنفاق ما يقرب من 10 fJ (10 -15 جول) على إنشاء جهد كهربائي في المشبك العصبي. إن بوابة ترانزستور أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن (MOS)، وهي أكبر بكثير وتستهلك طاقة أكبر من تلك المستخدمة في وحدة المعالجة المركزية، تتطلب فقط 0.5 fJ لشحنها. وتبين أن النقل التشابكي يعادل شحن 20 ترانزستورًا. علاوة على ذلك، على مستوى الجهاز، البيولوجية و الدوائر الإلكترونيةلا يختلف كثيرا. من حيث المبدأ، من الممكن إنشاء هياكل مثل المشابك العصبية والخلايا العصبية من الترانزستورات، وربطها معًا لإنشاء دماغ اصطناعي لا يمتص مثل هذه الكميات الهائلة من الطاقة.

ظهرت فكرة إنشاء أجهزة كمبيوتر باستخدام الترانزستورات التي تعمل كالخلايا العصبية في الثمانينيات من القرن الماضي على يد البروفيسور كارفر ميد من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. كانت إحدى حجج ميد الرئيسية لصالح أجهزة الكمبيوتر "العصبية الشكل" هي أن الأجهزة شبه الموصلة يمكنها، من خلال العمل في وضع معين، تتبع نفس القوانين الفيزيائية التي تتبعها الخلايا العصبية، ويمكن استخدام هذا السلوك التناظري لإجراء العمليات الحسابية بكفاءة كبيرة في استخدام الطاقة.

اخترعت مجموعة ميد أيضًا منصة اتصالات عصبية يتم فيها تشفير الدفقات فقط من خلال عناوين شبكتها ووقت حدوثها. كان هذا العمل رائدًا لأنه كان أول من جعل الوقت سمة ضرورية للشبكات العصبية الاصطناعية. الوقت هو عامل رئيسي للدماغ. تحتاج الإشارات إلى وقت للانتشار، والأغشية تحتاج إلى وقت للتفاعل، والوقت هو الذي يحدد شكل إمكانات ما بعد المشبكية.

العديد من المجموعات البحثية النشطة اليوم، مثل مجموعات جياكومو إنديفيري في ETH، وكوابينا بواهين في جامعة ستانفورد، اتبعت خطى ميد ونجحت في دمج عناصر من الشبكات القشرية البيولوجية. الحيلة هي تشغيل الترانزستورات باستخدام التيار. جهد منخفض، تحت عتبتها، إنشاء دوائر تناظرية تحاكي سلوك الجهاز العصبي بينما تستهلك القليل من الطاقة.

قد تجد المزيد من الأبحاث في هذا الاتجاه تطبيقًا في أنظمة مثل واجهات الدماغ والحاسوب. ولكن هناك فجوة كبيرة بين هذه الأنظمة وحجم الشبكة الفعلي والاتصال والقدرة على التعلم للدماغ الحيواني.

لذلك، في عام 2005 تقريبًا، بدأت ثلاث مجموعات من الباحثين بشكل مستقل في تطوير أنظمة عصبية تختلف بشكل كبير عن منهج ميد الأصلي. لقد أرادوا إنشاء أنظمة واسعة النطاق تحتوي على ملايين الخلايا العصبية.

أقرب مشروع لأجهزة الكمبيوتر التقليدية هو مشروع SpiNNaker، بقيادة ستيف فوربر من جامعة مانشستر. وطورت هذه المجموعة شريحة رقمية خاصة بها، تتألف من 18 معالجاً من نوع ARM تعمل بسرعة 200 ميجاهرتز - أي حوالي عُشر السرعة وحدات المعالجة المركزية الحديثة. على الرغم من أن نوى ARM تأتي من عالم أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، إلا أنها تحاكي الدفقات المرسلة عبر أجهزة توجيه خاصة مصممة لنقل المعلومات بشكل غير متزامن - تمامًا مثل الدماغ. التنفيذ الحالي، وهو جزء من مشروع الدماغ البشري التابع للاتحاد الأوروبي والذي تم الانتهاء منه في عام 2016، يحتوي على 500000 نواة ARM. اعتمادًا على مدى تعقيد نموذج الخلايا العصبية، كل نواة قادرة على محاكاة ما يصل إلى 1000 خلية عصبية.

تتجنب شريحة TrueNorth، التي طورها دارميندرا مودا وزملاؤه في مختبر أبحاث IBM Almaden، استخدام المعالجات الدقيقة كوحدات حاسوبية، وهي في الواقع نظام عصبي تتشابك فيه الحسابات والذاكرة. لا يزال نظام TrueNorth عبارة عن نظام رقمي، ولكنه يعتمد على دوائر عصبية مصممة خصيصًا لتنفيذ نموذج عصبي محدد. تحتوي الشريحة على 5.4 مليار ترانزستور وهي مبنية على 28 نانومتر تكنولوجيا سامسونجهيكل CMOS (أشباه الموصلات المعدنية التكميلية). تحاكي الترانزستورات مليون دائرة عصبية و256 مليون نقطة اشتباك عصبي بسيطة (بت واحد) على شريحة واحدة.

أود أن أقول إن المشروع التالي، BrainScaleS، ابتعد كثيرًا عن أجهزة الكمبيوتر التقليدية وأقرب إلى الدماغ البيولوجي. لقد عملت أنا وزملائي من جامعة هايدلبرغ في هذا المشروع لصالح مبادرة الدماغ البشري الأوروبية. يقوم BrainScaleS بتنفيذ معالجة الإشارات المختلطة. فهو يجمع بين الخلايا العصبية والمشابك العصبية، والتي هي ترانزستورات السيليكونتعمل كأجهزة تناظرية مع تبادل المعلومات الرقمية. ويتكون النظام بالحجم الكامل من رقائق السيليكون مقاس 8 بوصات ويمكنه محاكاة 4 ملايين خلية عصبية ومليار مشبك عصبي.

يمكن للنظام أن يلعب تسعة أوضاع مختلفةإطلاق الخلايا العصبية البيولوجية، وتم تطويره بالتعاون الوثيق مع علماء الأعصاب. على عكس نهج Mead التناظري، يعمل BrainScaleS في الوضع المتسارع، ويحاكي 10000 مرة أسرع من الوقت الحقيقي. وهذا مفيد بشكل خاص لدراسة التعلم والتطوير.

من المرجح أن يكون التعلم عنصرًا حاسمًا في الأنظمة العصبية. الآن يتم تدريب الرقائق المصنوعة على صورة الدماغ، وكذلك الشبكات العصبية التي تعمل على أجهزة الكمبيوتر العادية، على الجانب باستخدام أجهزة كمبيوتر أكثر قوة. ولكن إذا أردنا استخدام الأنظمة العصبية في تطبيقات حقيقية - على سبيل المثال، في الروبوتات التي سيتعين عليها العمل جنبًا إلى جنب معنا، فسوف تحتاج إلى أن تكون قادرة على التعلم والتكيف بسرعة.

في الجيل الثاني من نظام BrainScaleS الخاص بنا، قمنا بتنفيذ قدرات التعلم من خلال إنشاء "محركات مرنة" على الرقاقة. يتم استخدامها لتغيير مجموعة واسعة من معلمات الخلايا العصبية والمشابك العصبية. تتيح لنا هذه الإمكانية ضبط المعلمات بدقة للتعويض عن الاختلافات في الحجم والخصائص الكهربائية أثناء انتقالنا من جهاز إلى آخر، مثلما يتكيف الدماغ نفسه مع التغيير.

إن الأنظمة الثلاثة واسعة النطاق التي وصفتها تكمل بعضها البعض. يمكن تكوين SpiNNaker بمرونة واستخدامه لاختبار نماذج عصبية مختلفة، كما يتمتع TrueNorth بكثافة تكامل عالية، بينما تم تصميم BrainScaleS للتعلم والتطوير المستمر. يبحث الطريق الصحيحولا تزال تقييمات فعالية هذه الأنظمة مستمرة. لكن النتائج المبكرة واعدة أيضًا. قدرت مجموعة TrueNorth التابعة لشركة IBM مؤخرًا أن النقل المتشابك في نظامها يستهلك 26 بيتاجول. وفي حين أن هذه الطاقة تساوي 1000 مرة الطاقة المطلوبة في النظام البيولوجي، إلا أنها أقل بحوالي 100000 مرة من الطاقة التي تدخل في عمليات المحاكاة على أجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة.

ونحن لا نزال في المراحل الأولى من فهم ما يمكن أن تفعله مثل هذه الأنظمة وكيفية تطبيقها على مشاكل العالم الحقيقي. وفي الوقت نفسه، يجب علينا إيجاد طرق لدمج العديد من الرقائق العصبية في شبكات كبيرة مع تحسين قدرات التعلم مع تقليل استهلاك الطاقة. إحدى المشاكل هي الاتصال: فالدماغ ثلاثي الأبعاد، لكن دوائرنا ثنائية الأبعاد. يتم الآن دراسة مسألة تكامل الدوائر ثلاثية الأبعاد بنشاط، ويمكن أن تساعدنا مثل هذه التقنيات.

مساعدة أخرى يمكن أن تكون الأجهزة التي لا تعتمد على CMOS - memristors أو PCRAM (ذاكرة تغيير الطور). واليوم، يتم تخزين الأوزان التي تحدد كيفية استجابة المشابك العصبية الاصطناعية للإشارات الواردة في الأوزان التقليدية الذاكرة الرقمية، والذي يستهلك معظم موارد السيليكون اللازمة لبناء الشبكة. لكن أنواعًا أخرى من الذاكرة يمكن أن تساعدنا في تقليل حجم هذه الخلايا من ميكرومتر إلى نانومتر. والصعوبة الرئيسية الأنظمة الحديثةسيكون هناك دعم للاختلافات بين الأجهزة المختلفة. يمكن أن تساعد مبادئ المعايرة التي تم تطويرها في BrainScaleS في هذا الأمر.

لقد بدأنا للتو رحلتنا نحو الأنظمة العصبية العملية والمفيدة. ولكن الجهد يستحق كل هذا العناء. إذا نجحنا، فلن نقوم فقط بإنشاء أقوياء أنظمة الحوسبة; يمكننا حتى الحصول على معلومات جديدةحول عمل أدمغتنا.

الفكرة المركزية لأعمال راي كورزويل الشهيرة هي الذكاء الاصطناعي، الذي سيهيمن في النهاية على جميع مجالات حياة الناس. في كتابه الجديد، تطور العقل، يكشف كورزويل عن الاحتمالات التي لا نهاية لها للهندسة العكسية للدماغ البشري.

في نفس المقال، أبلغ تورينج عن اكتشاف آخر غير متوقع فيما يتعلق بالمشكلات غير القابلة للحل. المشاكل غير القابلة للحل هي تلك التي يتم وصفها بشكل جيد من خلال حل فريد (والذي يمكن إثبات وجوده)، ولكن (والتي يمكن إظهارها أيضًا) لا يمكن حلها بواسطة أي آلة تورينج (أي بواسطة أي آلة على الإطلاق). إن فكرة وجود مثل هذه المشاكل تتعارض بشكل أساسي مع المفهوم الذي تم تشكيله في بداية القرن العشرين. العقيدة القائلة بأن جميع المشاكل التي يمكن صياغتها قابلة للحل. أثبت تورينج أن عدد المسائل غير القابلة للحل لا يقل عن عدد المسائل القابلة للحل. وفي عام 1931، توصل كيرت جودل إلى نفس النتيجة عندما صاغ "نظرية عدم الاكتمال". هذا وضع غريب: يمكننا صياغة مشكلة، ويمكننا إثبات أن لها حلاً فريدًا، ولكننا في الوقت نفسه نعلم أننا لن نتمكن أبدًا من إيجاد هذا الحل.

أظهر تورينج أن آلات الحوسبة تعمل على أساس آلية بسيطة للغاية. وبما أن آلة تورينج (وبالتالي أي كمبيوتر) يمكنها تحديد وظيفتها المستقبلية بناءً على نتائجها السابقة، فهي قادرة على اتخاذ القرارات وإنشاء تسلسل هرمي. هياكل المعلوماتمن أي تعقيد.

في عام 1939، صمم تورينج الآلة الحاسبة الإلكترونية Bombe، التي ساعدت في فك رموز الرسائل التي جمعها الألمان على آلة تشفير Enigma. بحلول عام 1943، كان فريق من المهندسين بمشاركة تورينج قد أكملوا آلة كولوسوس، والتي يطلق عليها أحيانًا أول كمبيوتر في التاريخ. سمح هذا للحلفاء بفك تشفير الرسائل التي تم إنشاؤها بواسطة نسخة أكثر تطوراً من إنجما. تم تصميم آلات Bombe وColossus لأداء مهمة واحدة ولا يمكن إعادة برمجتها. لكنهم أدوا وظيفتهم ببراعة. يُعتقد أنه كان بفضلهم جزئيًا أن الحلفاء تمكنوا من توقع التكتيكات الألمانية طوال الحرب، كما تمكنت القوات الجوية الملكية من هزيمة قوات Luftwaffe ثلاثة أضعاف حجمها في معركة بريطانيا.

وعلى هذا الأساس قام جون فون نيومان بإنشاء الكمبيوتر. العمارة الحديثةمما يعكس الفكرة الثالثة من أهم أربع أفكار لنظرية المعلومات. وفي ما يقرب من سبعين عامًا منذ ذلك الحين، ظل النواة الأساسية لهذه الآلة، والتي تسمى آلة فون نيومان، دون تغيير تقريبًا - تمامًا مثل وحدة التحكم الدقيقة في منزلك. غسالةوفي أكبر كمبيوتر عملاق. في مقال نشر في 30 يونيو 1945، بعنوان "المسودة الأولى لتقرير حول EDVAC"، أوجز فون نيومان الأفكار الأساسية التي وجهت تطور علوم الكمبيوتر منذ ذلك الحين. موجود في آلة فون نيومان وحدة المعالجة المركزية، حيث يتم تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية، ووحدة الذاكرة التي يتم فيها تخزين البرامج والبيانات، والذاكرة الكبيرة، وعداد البرامج، وقنوات الإدخال / الإخراج. على الرغم من أن المقالة كانت مخصصة للاستخدام الداخلي كجزء من المشروع، إلا أنها أصبحت الكتاب المقدس لمبدعي الكمبيوتر. هذه هي الطريقة التي يمكن بها لتقرير روتيني بسيط في بعض الأحيان أن يغير العالم.

لم تكن آلة تورينج مخصصة للأغراض العملية. لم تكن نظريات تورينج معنية بكفاءة حل المشكلات، بل وصفت نطاق المشكلات التي يمكن حلها نظريًا بواسطة الكمبيوتر. في المقابل، كان هدف فون نيومان هو خلق مفهوم الكمبيوتر الحقيقي. استبدل نموذجه نظام تورينج ذو البت الواحد بنظام متعدد البتات (عادةً مضاعف ثمانية بتات). تحتوي آلة تورينج على شريط ذاكرة تسلسلي، لذا تقضي البرامج وقتًا طويلاً جدًا في تحريك الشريط ذهابًا وإيابًا للكتابة والاسترجاع. نتائج متوسطة. في المقابل، في نظام فون نيومان، يتم الوصول إلى الذاكرة بشكل عشوائي، مما يسمح باسترجاع أي بيانات مطلوبة على الفور.

إحدى الأفكار الرئيسية لفون نيومان هي مفهوم البرنامج المخزن، الذي طوره قبل عشر سنوات من إنشاء الكمبيوتر. جوهر المفهوم هو أن البرنامج يتم تخزينه في نفس وحدة ذاكرة الوصول العشوائي مثل البيانات (وغالبًا حتى في نفس كتلة الذاكرة). يسمح لك هذا بإعادة برمجة الكمبيوتر لحل مشكلات مختلفة وإنشاء تعليمات برمجية ذاتية التعديل (في حالة محركات التسجيل)، مما يجعل التكرار ممكنًا. حتى ذلك الوقت، تم إنشاء جميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا، بما في ذلك Colossus، لحل هذه المشكلة مهام محددة. سمح مفهوم البرنامج المخزن للكمبيوتر بأن يصبح آلة عالمية حقًا، بما يتوافق مع فكرة تورينج حول عالمية الحوسبة الآلية.

خاصية أخرى مهمة لجهاز فون نيومان هي أن كل تعليمات تحتوي على رمز العملية الذي يحدد العملية الحسابية أو المنطقية وعنوان المعامل في ذاكرة الكمبيوتر.

انعكس مفهوم فون نيومان لهندسة الكمبيوتر في مشروع EDVAC، الذي عمل فيه مع بريسبر جي إيكرت وجون ماوكلي. لم يبدأ تشغيل حاسوب EDVAC حتى عام 1951، عندما كانت هناك بالفعل حواسيب برامج مخزنة أخرى، مثل آلة مانشستر التجريبية الصغيرة، ENIAC، EDSAC وBINAC، وجميعها تم إنشاؤها تحت تأثير ورقة فون نيومان وبمشاركة إيكرت. وموشلي. كما شارك فون نيومان في تطوير بعض هذه الآلات، بما في ذلك الإصدار الأخير من ENIAC، والذي استخدم مبدأ البرنامج المخزن.

كان للكمبيوتر المعماري لفون نيومان عدة أسلاف، ولكن لا يمكن تسمية أي منها - مع استثناء واحد غير متوقع - بآلة فون نيومان الحقيقية. في عام 1944، أصدر هوارد أيكن Mark I، والذي كان قابلاً لإعادة البرمجة إلى حد ما، لكنه لم يستخدم برنامجًا مخزنًا. قرأت الآلة التعليمات الموجودة على البطاقة المثقوبة ونفذتها على الفور. السيارة أيضًا لم توفر انتقالات مشروطة.

في عام 1941، ابتكر العالم الألماني كونراد تسوزه (1910-1995) جهاز الكمبيوتر Z-3. يقرأ أيضًا البرنامج من الشريط (في هذه الحالة، مشفرًا على الشريط) ولم يقم أيضًا بتنفيذ الفروع الشرطية. ومن المثير للاهتمام أن زوزه تلقى دعمًا ماليًا من المعهد الألماني لهندسة الطائرات، الذي استخدم هذا الكمبيوتر لدراسة رفرفة جناح الطائرة. ومع ذلك، فإن اقتراح تسوزه لتمويل استبدال المرحلات بأنابيب الراديو لم يحظ بدعم الحكومة النازية، التي اعتبرت أن تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر "ليس له أهمية عسكرية". ويبدو لي أن هذا أثر على نتيجة الحرب إلى حد ما.

في الواقع، كان لفون نيومان سلف لامع، وقد عاش قبل ذلك بمئة عام! وصف عالم الرياضيات والمخترع الإنجليزي تشارلز باباج (1791-1871) محركه التحليلي في عام 1837، والذي كان يعتمد على نفس مبادئ كمبيوتر فون نيومان واستخدم برنامجًا مخزنًا مطبوعًا على بطاقات مثقوبة على آلات نسج الجاكار. تحتوي ذاكرة جهاز الوصول العشوائي على 1000 كلمة مكونة من 50 منزلة عشرية لكل منها (أي ما يعادل 21 كيلو بايت تقريبًا). تحتوي كل تعليمات على كود تشغيل ورقم معامل - تمامًا كما هو الحال في لغات الكمبيوتر الحديثة. لم يستخدم النظام الفروع الشرطية أو الحلقات، لذلك كان بمثابة آلة فون نيومان الحقيقية. ميكانيكية بالكامل، يبدو أنها تجاوزت القدرات التصميمية والتنظيمية لباباج نفسه. لقد ابتكر أجزاء من الآلة، لكنه لم يطلقها قط.

ليس من المعروف على وجه اليقين ما إذا كان رواد الكمبيوتر في القرن العشرين، بما في ذلك فون نيومان، على علم بعمل باباج.

ومع ذلك، فإن إنشاء آلة باباج يمثل بداية تطور البرمجة. أصبحت الكاتبة الإنجليزية آدا بايرون (1815-1852)، كونتيسة لوفليس، الابنة الشرعية الوحيدة للشاعر اللورد بايرون، أول مبرمج كمبيوتر في العالم. لقد كتبت برامج لمحرك باباج التحليلي وصححت أخطائها في رأسها (نظرًا لأن الكمبيوتر لم يعمل أبدًا). الآن يسمي المبرمجون هذا التحقق من جدول التدريب. وقامت بترجمة مقال لعالم الرياضيات الإيطالي لويجي مينابريا حول المحرك التحليلي، مضيفة تعليقاتها المهمة، مشيرة إلى أن “المحرك التحليلي ينسج أنماطًا جبرية مثل نول الجاكار الذي ينسج الزهور وأوراق الشجر”. وربما كانت أول من ذكر إمكانية خلق الذكاء الاصطناعي، لكنها خلصت إلى أن المحرك التحليلي "غير قادر على الإتيان بأي شيء بمفرده".

تبدو أفكار باباج مذهلة بالنظر إلى العصر الذي عاش وعمل فيه. ومع ذلك، بحلول منتصف القرن العشرين. لقد تم نسيان هذه الأفكار عمليًا (ولم يتم اكتشافها إلا لاحقًا). كان فون نيومان هو من اخترع وصياغة المبادئ الأساسية لتشغيل الكمبيوتر في شكله الحديث، وليس من قبيل الصدفة أن تظل آلة فون نيومان هي النموذج الرئيسي للكمبيوتر. ومع ذلك، دعونا لا ننسى أن آلة فون نيومان تتبادل البيانات باستمرار بين الوحدات الفردية وداخل هذه الوحدات، لذلك لا يمكن إنشاؤها بدون نظريات شانون والطرق التي اقترحها لنقل وتخزين المعلومات الرقمية بشكل موثوق.

كل هذا يقودنا إلى الفكرة الرابعة المهمة، والتي تتغلب على استنتاجات آدا بايرون حول عدم قدرة أجهزة الكمبيوتر على التفكير بشكل إبداعي وتسمح لنا بالعثور على الخوارزميات الرئيسية التي يستخدمها الدماغ، والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لتحويل الكمبيوتر إلى دماغ. صاغ آلان تورينج هذه المشكلة في ورقته البحثية بعنوان "آلات الحوسبة والذكاء"، التي نُشرت عام 1950، والتي وصفت اختبار تورينج المعروف الآن لتحديد مدى قرب الذكاء الاصطناعي من الذكاء البشري.

في عام 1956، بدأ فون نيومان في إعداد سلسلة من المحاضرات لقراءات سيليمان المرموقة في جامعة ييل. كان العالم بالفعل مريضًا بالسرطان ولم يتمكن من إلقاء محاضراته أو حتى إنهاء المخطوطة التي استندت إليها المحاضرات. ومع ذلك، فإن هذا العمل غير المكتمل يعد تنبؤًا رائعًا لما أعتبره شخصيًا المشروع الأكثر صعوبة وأهمية في تاريخ البشرية. وبعد وفاة العالم عام 1958، نُشرت المخطوطة تحت عنوان "الكمبيوتر والدماغ". لقد حدث أن العمل الأخير لأحد ألمع علماء الرياضيات في القرن الماضي وأحد مؤسسي تكنولوجيا الكمبيوتر كان مخصصًا لتحليل التفكير. كانت هذه أول دراسة جادة للدماغ البشري من وجهة نظر عالم الرياضيات وعالم الكمبيوتر. قبل فون نيومان، كانت تكنولوجيا الكمبيوتر وعلم الأعصاب جزيرتين منفصلتين لا يوجد جسر بينهما.

يبدأ فون نيومان القصة بوصف أوجه التشابه والاختلاف بين الكمبيوتر والدماغ البشري. وبالنظر إلى العصر الذي تم فيه إنشاء هذا العمل، فإنه يبدو دقيقا بشكل مدهش. يلاحظ العالم أن إشارة الخرج للخلية العصبية هي إشارة رقمية - فالمحور العصبي إما يكون متحمسًا أو يبقى في حالة راحة. في ذلك الوقت، لم يكن من الواضح على الإطلاق إمكانية معالجة إشارة الخرج بطريقة تناظرية. معالجة الإشارات في التشعبات المؤدية إلى الخلية العصبية وفي جسم الخلية العصبية هي عملية تناظرية، وقد وصف فون نيومان هذا الموقف باستخدام مجموع مرجح لإشارات الإدخال بقيمة عتبة.

أدى هذا النموذج من أداء الخلايا العصبية إلى تطوير الاتصالية واستخدام هذا المبدألإنشاء كل من تصميم الأجهزة وبرامج الكمبيوتر. (كما وصفت في الفصل السابق، تم إنشاء أول نظام من هذا النوع، وهو برنامج IBM 704، بواسطة فرانك روزنبلات من جامعة كورنيل في عام 1957، مباشرة بعد أن أصبحت مخطوطة محاضرات فون نيومان متاحة.) الآن لدينا نماذج أكثر تعقيدًا تصف مجموعات من المدخلات العصبية، ولكن الفكرة العامة لمعالجة الإشارات التناظرية عن طريق تغيير تركيز الناقلات العصبية لا تزال صالحة.

واستنادًا إلى مفهوم عالمية الحوسبة الحاسوبية، توصل فون نيومان إلى استنتاج مفاده أنه حتى مع الاختلاف الجذري الظاهري في البنية والوحدات الهيكلية للدماغ والكمبيوتر، فإنه باستخدام آلة فون نيومان يمكننا محاكاة العمليات التي تحدث في مخ. ومع ذلك، فإن الافتراض العكسي غير صحيح، لأن الدماغ ليس آلة فون نيومان ولا يحتوي على برنامج مخزن (على الرغم من أنه يمكننا محاكاة تشغيل آلة تورينج بسيطة جدًا في الرأس). يتم تحديد الخوارزميات أو طرق عمل الدماغ من خلال بنيته. استنتج فون نيومان بحق أن الخلايا العصبية يمكنها تعلم الأنماط المناسبة بناءً على إشارات الإدخال. ومع ذلك، في زمن فون نيومان، لم يكن معروفًا أن التعلم يحدث أيضًا من خلال إنشاء وتدمير الروابط بين الخلايا العصبية.

وأشار فون نيومان أيضًا إلى أن سرعة معالجة المعلومات بواسطة الخلايا العصبية منخفضة جدًا - حيث تصل إلى مئات العمليات الحسابية في الثانية، لكن الدماغ يعوض ذلك عن طريق معالجة المعلومات في العديد من الخلايا العصبية في وقت واحد. وهذا اكتشاف آخر واضح ولكنه مهم للغاية. جادل فون نيومان بأن جميع الخلايا العصبية العشرة في الدماغ (هذا التقدير دقيق تمامًا أيضًا: وفقًا لأفكار اليوم، يحتوي الدماغ على من 1010 إلى 1011 خلية عصبية) تعالج الإشارات في نفس الوقت. علاوة على ذلك، يتم حساب جميع جهات الاتصال (في المتوسط ​​من 10 3 إلى 10 4 لكل خلية عصبية) في وقت واحد.

وبالنظر إلى الحالة البدائية لعلم الأعصاب في ذلك الوقت، فإن تقديرات فون نيومان وأوصاف الوظيفة العصبية دقيقة بشكل ملحوظ. ومع ذلك، لا أستطيع أن أتفق مع جانب واحد من عمله، وهو فكرة سعة ذاكرة الدماغ. كان يعتقد أن الدماغ يتذكر كل إشارة للحياة. قدر فون نيومان متوسط ​​عمر الإنسان بـ 60 عامًا، أي حوالي 2 × 10 9 ثوانٍ. إذا تلقت كل خلية عصبية ما يقرب من 14 إشارة في الثانية (وهو في الواقع أقل بثلاث مرات من القيمة الحقيقية)، وكان هناك 10 10 خلايا عصبية إجمالاً في الدماغ، فسيتبين أن سعة ذاكرة الدماغ تبلغ حوالي 10 20 بت. كما كتبت أعلاه، فإننا نتذكر جزءًا صغيرًا فقط من أفكارنا وتجاربنا، ولكن حتى هذه الذكريات لا يتم تخزينها كمعلومات تدريجيًا مستوى منخفضالتعقيد (كما هو الحال في الفيديو)، بل كسلسلة من الصور ذات الترتيب العالي.

كما يصف فون نيومان كل آلية في وظيفة الدماغ، فإنه يوضح في الوقت نفسه كيف يمكن لجهاز كمبيوتر حديث أن يؤدي نفس الوظيفة، على الرغم من الاختلاف الواضح بين الدماغ والكمبيوتر. يمكن نمذجة آليات الدماغ التناظرية باستخدام الآليات الرقمية الحوسبة الرقميةقادر على نمذجة القيم التناظرية بأي درجة من الدقة (ودقة نقل المعلومات التناظرية في الدماغ منخفضة جدًا). من الممكن أيضًا محاكاة التوازي الهائل لوظيفة الدماغ، نظرًا للتفوق الكبير لأجهزة الكمبيوتر في سرعة الحساب التسلسلي (وقد زاد هذا التفوق بشكل أكبر منذ فون نيومان). وبالإضافة إلى ذلك، يمكننا تنفيذ المعالجة المتوازيةالإشارات في أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم أجهزة فون نيومان المتوازية - هذه هي بالضبط الطريقة التي تعمل بها أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحديثة.

ونظرًا لقدرة الأشخاص على اتخاذ قرارات سريعة بهذه السرعة المنخفضة للخلايا العصبية، استنتج فون نيومان أن وظائف المخ لا يمكن أن تستخدم لفترة طويلة خوارزميات متسلسلة. عندما يستلم رجل قاعدة ثالث الكرة ويقرر رميها إلى القاعدة الأولى بدلاً من القاعدة الثانية، فإنه يتخذ هذا القرار في جزء من الثانية - وخلال هذه الفترة بالكاد يكون لدى كل خلية عصبية الوقت الكافي لإكمال عدة دورات من الإثارة. توصل فون نيومان إلى استنتاج منطقي مفاده أن قدرة الدماغ الرائعة ترجع إلى حقيقة أن جميع الخلايا العصبية البالغ عددها 100 مليار يمكنها معالجة المعلومات في وقت واحد. وكما أشرت أعلاه، فإن القشرة البصرية تتوصل إلى استنتاجات معقدة في ثلاث أو أربع دورات فقط من إطلاق الخلايا العصبية.

إن اللدونة الكبيرة للدماغ هي التي تسمح لنا بالتعلم. ومع ذلك، فإن الكمبيوتر يتمتع بمرونة أكبر بكثير - حيث يمكن تغيير أساليبه بالكامل عن طريق تغيير البرنامج. وهكذا يستطيع الحاسوب تقليد الدماغ، ولكن العكس ليس صحيحاً.

عندما قارن فون نيومان القدرات المتوازية الهائلة للدماغ مع عدد قليل من أجهزة الكمبيوتر في ذلك الوقت، بدا واضحًا أن الدماغ يمتلك ذاكرة وسرعة أكبر بكثير. واليوم، تم بالفعل بناء أول حاسوب عملاق، وفقا للتقديرات الأكثر تحفظا، يلبي المتطلبات الوظيفية اللازمة لمحاكاة وظائف الدماغ البشري (حوالي 10 16 عملية في الثانية). (في رأيي، ستكلف أجهزة الكمبيوتر بهذه القوة حوالي 1000 دولار في أوائل عام 2020). وفيما يتعلق بسعة الذاكرة، فقد تقدمنا ​​إلى أبعد من ذلك. ظهر عمل فون نيومان في بداية عصر الكمبيوتر، لكن العالم كان واثقًا من أننا سنكون قادرين في مرحلة ما على إنشاء أجهزة كمبيوتر وبرامج كمبيوتر يمكنها تقليد الدماغ البشري؛ ولهذا أعد محاضراته.

كان فون نيومان مقتنعًا بشدة بتسارع التقدم وتأثيره الكبير على حياة الناس في المستقبل. وبعد مرور عام على وفاة فون نيومان، في عام 1957، نقل زميله عالم الرياضيات ستان أولام عن فون نيومان قوله في أوائل خمسينيات القرن العشرين إن "كل تسارع في التقدم التكنولوجي والتغيرات في الطريقة التي يعيش بها الناس يعطي الانطباع بأن بعض التفرد الرئيسي في التاريخ يقترب". "الجنس البشري الذي لا يمكن بعده للنشاط البشري كما نعرفه اليوم أن يستمر." هذا هو أول استخدام معروف لكلمة "التفرد" لوصف التقدم التكنولوجي البشري.

كانت أهم رؤية لفون نيومان هي التشابه بين الكمبيوتر والدماغ. لاحظ أن جزءًا من الذكاء البشري هو الذكاء العاطفي. إذا كان تخمين فون نيومان صحيحًا وإذا اتفقنا مع بياني بأن النظام غير البيولوجي الذي يعيد إنتاج الذكاء (العاطفي وغيره) لشخص حي يتمتع بالوعي (انظر الفصل التالي)، فسيتعين علينا أن نستنتج أنه بين الكمبيوتر (مع البرامج الصحيحة)و واعيهناك تشابه واضح في التفكير. إذًا، هل كان فون نيومان على حق؟

معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة كاملة الآلات الرقميةبينما يستخدم العقل البشري الأساليب الرقمية والتناظرية. ومع ذلك، يتم بسهولة استنساخ الأساليب التناظرية النسخة الرقميةبأي درجة من الدقة. أظهر عالم الكمبيوتر الأمريكي كارفر ميد (مواليد 1934) أن الأساليب التناظرية للدماغ يمكن إعادة إنتاجها مباشرة في السيليكون، ونفذ ذلك في شكل ما يسمى بالرقائق العصبية. أثبت ميد أن هذا النهج يمكن أن يكون أكثر فعالية بآلاف المرات من أساليب المحاكاة الرقمية التناظرية. لو نحن نتحدث عنفيما يتعلق بتشفير خوارزميات القشرة المخية الحديثة الزائدة عن الحاجة، قد يكون من المنطقي استخدام فكرة ميد. يستخدم فريق بحث من شركة IBM بقيادة دارمندرا مودي شرائح تحاكي الخلايا العصبية واتصالاتها، بما في ذلك قدرتها على تكوين اتصالات جديدة. إحدى الرقائق، تسمى SyNAPSE، تعدل بشكل مباشر 256 خلية عصبية وحوالي ربع مليون اتصال متشابك. الهدف من المشروع هو محاكاة القشرة المخية الحديثة المكونة من 10 مليار خلية عصبية و100 تريليون وصلة (أي ما يعادل الدماغ البشري)، باستخدام كيلووات واحد فقط من الطاقة.

منذ أكثر من خمسين عامًا، لاحظ فون نيومان أن العمليات في الدماغ تحدث ببطء شديد، ولكنها تتميز بالتوازي الهائل. تعمل الدوائر الرقمية الحديثة بسرعة لا تقل عن 10 ملايين مرة من مفاتيح الدماغ الكهروكيميائية. في المقابل، تعمل جميع وحدات التعرف في القشرة الدماغية، البالغ عددها 300 مليون، في وقت واحد، ويمكن تنشيط كوادريليون من الاتصالات بين الخلايا العصبية في نفس الوقت. لذلك، لإنشاء أجهزة كمبيوتر يمكنها تقليد الدماغ البشري بشكل مناسب، يلزم وجود ذاكرة كافية وأداء حاسوبي. ليست هناك حاجة لنسخ بنية الدماغ مباشرة - فهذه طريقة غير فعالة وغير مرنة على الإطلاق.

كيف ينبغي أن تكون أجهزة الكمبيوتر المقابلة؟ تهدف العديد من المشاريع البحثية إلى نمذجة التعلم الهرمي والتعرف على الأنماط التي تحدث في القشرة المخية الحديثة. أنا شخصياً أقوم بإجراء بحث مماثل باستخدام نماذج ماركوف الهرمية المخفية. أقدر أن نمذجة دورة تعرف واحدة في وحدة تعرف واحدة في القشرة المخية الحديثة البيولوجية تتطلب حوالي 3000 عملية حسابية. معظم عمليات المحاكاة مبنية على عدد أقل بكثير من الحسابات. إذا افترضنا أن الدماغ يقوم بحوالي 10 2 (100) دورة التعرف في الثانية، فإننا نحصل على إجمالي عدد 3 × 10 5 (300 ألف) عملية حسابية في الثانية لوحدة التعرف الواحدة. إذا ضربنا هذا الرقم في العدد الإجمالي لوحدات التعرف (3 × 10 8 (300 مليون، وفقًا لتقديري))، فسنحصل على 10 14 (100 تريليون) عملية حسابية في الثانية. أعطي نفس المعنى تقريبًا في كتاب التفرد قريب. أتوقع أن محاكاة الدماغ الوظيفية تتطلب سرعات تتراوح بين 10 14 إلى 10 16 عملية حسابية في الثانية. تقدير هانز مورافيك، استنادًا إلى استقراء البيانات الخاصة بالمعالجة البصرية الأولية في جميع أنحاء الدماغ، هو 10 14 عملية حسابية في الثانية، وهو نفس حساباتي.

يمكن للآلات الحديثة القياسية أن تعمل بسرعات تصل إلى 10 10 عمليات حسابية في الثانية، ولكن بمساعدة الموارد السحابية، يمكن زيادة إنتاجيتها بشكل كبير. أسرع كمبيوتر خارق الكمبيوتر اليابانيلقد وصلت "K" بالفعل إلى سرعة 10 16 عملية حسابية في الثانية. وبالنظر إلى التكرار الهائل لخوارزميات القشرة المخية الحديثة، يمكن تحقيق نتائج جيدة باستخدام رقائق الأشكال العصبية، كما هو الحال في تقنية SvNAPSE.

فيما يتعلق بمتطلبات الذاكرة، نحتاج إلى حوالي 30 بت (حوالي 4 بايت) لكل طرف يحتوي على واحدة من 300 مليون وحدة التعرف. إذا كان متوسط ​​ثماني إشارات مناسبًا لكل وحدة تعريف، فسنحصل على 32 بايت لكل وحدة تعريف. إذا أخذنا في الاعتبار أن وزن كل إشارة دخل هو بايت واحد، نحصل على 40 بايت. أضف 32 بايت لجهات الاتصال النهائية وسنحصل على 72 بايت. وألاحظ أن وجود فروع تصاعدية وتنازلية يؤدي إلى حقيقة أن عدد الإشارات أكثر بكثير من ثمانية، حتى لو أخذنا في الاعتبار أن العديد من وحدات التعرف تستخدم نظام اتصالات مشترك للغاية متفرع. على سبيل المثال، قد يتضمن التعرف على الحرف "p" مئات من وحدات التعرف. وهذا يعني أن الآلاف من وحدات التعرف على المستوى التالي تشارك في التعرف على الكلمات والعبارات التي تحتوي على الحرف "p". ومع ذلك، فإن كل وحدة مسؤولة عن التعرف على "p" لا تكرر شجرة الروابط هذه التي تغذي جميع مستويات التعرف على الكلمات والعبارات التي تحتوي على "p"؛ كل هذه الوحدات لها شجرة مشتركة من الروابط.

ما سبق ينطبق أيضًا على الإشارات النهائية: الوحدة المسؤولة عن التعرف على كلمة تفاحة ستخبر جميع الوحدات الألف المسؤولة عن التعرف على "e" أن الصورة "e" متوقعة إذا كانت "a" و"p" و"p" تم التعرف عليها بالفعل "و"l". لا تتكرر شجرة الاتصالات هذه لكل وحدة التعرف على الكلمة أو العبارة التي تريد إعلام الوحدات ذات المستوى الأدنى بأن الصورة "e" متوقعة. هذه الشجرة شائعة. لهذا السبب، فإن التقدير المتوسط ​​لثماني إشارات أولية وثمانية إشارات لاحقة لكل وحدة تعريف هو أمر معقول تمامًا. ولكن حتى لو قمنا بزيادة هذه القيمة، فلن تغير النتيجة النهائية كثيرًا.

لذلك، مع الأخذ في الاعتبار 3 × 10 8 (300 مليون) وحدات التعرف و 72 بايت من الذاكرة لكل منها، نجد أن إجمالي حجم الذاكرة يجب أن يكون حوالي 2 × 10 10 (20 مليار) بايت. وهذه قيمة متواضعة جدًا. تتمتع أجهزة الكمبيوتر الحديثة التقليدية بهذا النوع من الذاكرة.

لقد أجرينا كل هذه الحسابات لتقدير المعلمات تقريبًا. مع الأخذ في الاعتبار أن الدوائر الرقمية تقارب 10 ملايين مرة أسرع من الشبكاتالخلايا العصبية في القشرة البيولوجية، لا نحتاج إلى إعادة إنتاج التوازي الهائل للدماغ البشري - فالمعالجة المتوازية المعتدلة جدًا (مقارنة بتريليونات التوازي في الدماغ) ستكون كافية تمامًا. وبالتالي، فإن المعلمات الحسابية الضرورية يمكن تحقيقها تمامًا. يمكن أيضًا محاكاة قدرة الخلايا العصبية في الدماغ على إعادة الاتصال (تذكر أن التشعبات تخلق نقاط اشتباك عصبي جديدة باستمرار) باستخدام البرامج المناسبة، نظرًا لأن برامج الكمبيوتر أكثر مرونة بكثير من الأنظمة البيولوجية، والتي، كما رأينا، مثيرة للإعجاب ولكن لها حدود.

من المؤكد أن تكرار الدماغ المطلوب للحصول على نتائج ثابتة يمكن إعادة إنتاجه في نسخة كمبيوتر. إن المبادئ الرياضية لتحسين أنظمة التعلم الهرمية ذاتية التنظيم واضحة تمامًا. تنظيم الدماغ أبعد ما يكون عن المستوى الأمثل. ولكن ليس من الضروري أن تكون الأمثل، بل يجب أن تكون جيدة بما يكفي لتمكين إنشاء الأدوات التي تعوض عن القيود الخاصة بها.

أحد القيود الأخرى على القشرة المخية الحديثة هو أنها لا تملك آلية لإزالة أو حتى تقييم البيانات المتضاربة؛ وهذا يفسر جزئيًا اللامنطقية الشائعة جدًا للتفكير البشري. لحل هذه المشكلة لدينا قدرة ضعيفة جداً تسمى التفكير النقدي،لكن الناس يستخدمونه بشكل أقل بكثير مما ينبغي. يمكن أن تتضمن القشرة المخية الحديثة للكمبيوتر عملية تحدد البيانات المتضاربة للمراجعة اللاحقة.

من المهم أن نلاحظ أن تصميم منطقة دماغية بأكملها أسهل من تصميم خلية عصبية واحدة. كما ذكرنا سابقًا، على مستوى أعلى من التسلسل الهرمي، غالبًا ما يتم تبسيط النماذج (يوجد هنا تشبيه بالكمبيوتر). يتطلب فهم كيفية عمل الترانزستور فهمًا تفصيليًا لفيزياء المواد شبه الموصلة، ويتم وصف وظائف الترانزستور الواقعي الواحد بمعادلات معقدة. الدائرة الرقمية، الذي يضاعف رقمين، يحتوي على مئات الترانزستورات، ولكن صيغة واحدة أو اثنتين تكفي لإنشاء نموذج لمثل هذه الدائرة. الكمبيوتر كله، التي تتكون من مليارات الترانزستورات، يمكن نمذجتها باستخدام مجموعة من التعليمات ووصف السجل على عدة صفحات من النص باستخدام العديد من الصيغ. تعد برامج أنظمة التشغيل أو مترجمات اللغة أو المجمعات معقدة للغاية، ولكن تصميم برنامج خاص (على سبيل المثال، برنامج التعرف على اللغة بناءً على نماذج ماركوف الهرمية المخفية) يتلخص أيضًا في بضع صفحات من الصيغ. ولا في أي مكان برامج مماثلةلن تلتقي وصف تفصيليالخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات أو حتى هندسة الكمبيوتر.

وينطبق مبدأ مماثل على نمذجة الدماغ. إحدى وحدات التعرف المحددة في القشرة المخية الحديثة، والتي تكتشف بعض الصور المرئية الثابتة (على سبيل المثال، الوجوه)، تقوم بالتصفية الترددات الصوتية(عن طريق قصر إشارة الإدخال على نطاق تردد معين) أو تقدير القرب الزمني لحدثين، يمكن وصفها بتفاصيل محددة أقل بكثير من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية الفعلية التي تتحكم في وظيفة الناقل العصبي، القنوات الأيونيةوغيرها من عناصر الخلايا العصبية المشاركة في نقل النبضات العصبية. على الرغم من أنه يجب دراسة كل هذه التفاصيل بعناية قبل الانتقال إلى المستوى التالي من التعقيد، إلا أنه يمكن تبسيط الكثير عند نمذجة مبادئ تشغيل الدماغ.

<<< Назад

إلى الأمام >>>