Πληροφορίες

Γιατί δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το 100% του εγκεφάλου σε μια συγκεκριμένη στιγμή;

Γιατί δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το 100% του εγκεφάλου σε μια συγκεκριμένη στιγμή;

Ξέρω ότι είναι μύθος ότι χρησιμοποιούμε μόνο το 10% του εγκεφάλου μας, αλλά το θέμα είναι ότι χρησιμοποιούμε λιγότερο από 10% σε κάθε δεδομένη στιγμή. μόνο χρησιμοποιώντας διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου μας για διάφορες εργασίες με την πάροδο του χρόνου, χρησιμοποιούμε τελικά το 100%.

Ας φανταστούμε ότι έχουμε μια GPU, μια CPU, έναν κβαντικό υπολογιστή και έναν βιολογικό υπολογιστή που μπορεί να λειτουργήσει τέλεια. Είναι προφανές ότι ορισμένοι από αυτούς θα είναι καλύτεροι σε απόδοση ορισμένων πραγμάτων από άλλα, αλλά το θέμα είναι ότι οτιδήποτε μπορεί να υπολογιστεί μπορεί να γίνει από οποιοδήποτε από αυτά.

Νομίζω ότι παρόμοια λογική πρέπει να ισχύει και στον εγκέφαλό μας: Αν και ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να μην είναι πολύ καλές στην επεξεργασία ορισμένων πραγμάτων, θα μπορούσαν επίσης να λειτουργήσουν προς το αποτέλεσμα.

Ποιος είναι ο λόγος που αυτό δεν συμβαίνει; Πιστεύω ότι θα ήταν μια σημαντική βελτίωση στην απόδοση του εγκεφάλου, αν και θα ήταν πολύ ενεργειακή.


Το ευρέως αναφερόμενο ποσοστό "10% κάθε φορά" στην πραγματικότητα υπερεκτιμά την ταυτόχρονη εγκεφαλική δραστηριότητα έως και μια τάξη μεγέθους. Όπως αποδεικνύεται από τον Lennie 2003 (Current Biology), το

αριθμός νευρώνων που μπορεί να είναι ουσιαστικά ενεργός ταυτόχρονα

είναι πιθανώς τόσο μικρό όσο το 1% των νευρώνων του εγκεφάλου, λόγω της υψηλό μεταβολικό κόστος αιχμήςΤο Γενικά, το μεταβολικό κόστος είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας για τη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Αυτό με τη σειρά του συνεπάγεται ότι ακόμη και

λιγότερο από το 10% του φλοιού θα μπορούσε να είναι ενεργός

, για να παραθέσω ξανά τη Λένι. Αυτός ο αριθμός, που προέρχεται από τους ανθρώπους, είναι χαμηλότερος από ό, τι για άλλα ζώα, τα οποία είναι ικανά να διατηρήσουν ένα μεγαλύτερο κλάσμα των νευρώνων του εγκεφάλου τους ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι οι αρουραίοι και τα χάμστερ χρησιμοποιούν περισσότερο τον εγκέφαλό τους από τους ανθρώπους.

Παραδόξως, το υψηλότερο μεταβολικό κόστος προέρχεται από ανασταλτική δραστηριότητα. Επίσης, οι νευρώνες περιορίζουν τους δικούς τους ρυθμούς πυροδότησης μέσω ανθεκτικών περιόδων. Για το καλύτερο παράδειγμα αποτυχίας αυτού του ανασταλτικού ελέγχου της υπερβολικής αιχμής, σκεφτείτε τις επιληπτικές κρίσεις, οι οποίες αντιστοιχούν σε ακραίο συγχρονισμό της νευρικής δραστηριότητας, κατά μία έννοια μια υπερβολική ενεργοποίηση του εγκεφάλου.
Νομίζω ότι λαμβάνοντας υπόψη ότι δύο παραδείγματα εγκεφάλων που δείχνουν πιο ταυτόχρονη δραστηριότητα από τον υγιή ανθρώπινο εγκέφαλο είναι 1. ο εγκέφαλος αρουραίου, 2. ο επιληπτικός εγκέφαλος, γίνεται προφανές ότι η αύξηση της συνολικής δραστηριότητας δεν θα βελτιώσει εγγενώς τη λειτουργία του εγκεφάλου.


Μακριά από το να είναι ένα μόνο όργανο που εκτελεί μια ενιαία ομοιογενή λειτουργία, ο εγκέφαλος είναι στην πραγματικότητα πολλοί λοβοί και κάθε λοβός είναι σαν ένα ξεχωριστό όργανο που εκτελεί δώδεκα λειτουργίες. Με άλλα λόγια, ο εγκέφαλος δεν μοιάζει με "μηχανή σκέψης", είναι περισσότερο σαν μια συλλογή υπολογιστών, πίνακες οργάνων ενός αεροσκάφους, ραντάρ και σόναρ ενός υποβρυχίου, τράπεζες μνήμης και εφεδρικά συστήματα της Stock New York Exchange και όλες οι τράπεζες στη Wall Street, και οι αυτόματοι αισθητήρες αυτοεξισορρόπησης που κάνουν ένα Segway να φαίνεται αδύναμο, και στη συνέχεια μερικοί.

Έτσι, αν όλοι οι νευρώνες όλων των ξεχωριστών λοβών του εγκεφάλου πυροδοτούνται ταυτόχρονα (που σημαίνει 100% η χρήση του εγκεφάλου), αυτό σημαίνει ότι κάτι πάει πολύ, πολύ λάθος.

Εξάλλου, ο εγκέφαλος είναι κατασκευασμένος για πλεονασμό. ΔΕΝ είναι φτιαγμένο για πυροδότηση ταυτόχρονα, επειδή ορισμένες πτυχές του εγκεφάλου είναι όπως το σχέδιο Α, το σχέδιο Β και το σχέδιο Γ. Εάν το Σχέδιο Α αποτύχει, πυροδοτεί το Σχέδιο Β, και αν αυτό αποτύχει, το Σχέδιο Γ. Η απόλυση τους όλα ταυτόχρονα νικά τον σκοπό της πλεονασμού.

Επίσης, μερικές άλλες πτυχές του εγκεφάλου μπορεί να συγκριθούν με έναν πύραυλο πολλαπλών σταδίων, όπου τα Στάδια Α, Β και Γ πυροδοτούνται διαδοχικά και όχι ταυτόχρονα. Η διαδοχική επεξεργασία είναι ζωτικής σημασίας για διάφορες λειτουργίες του εγκεφάλου.


Σε αντίθεση με έναν υπολογιστή, όπου το κύκλωμα είναι αγνωστικιστικό πληροφοριών (μπορεί να αντιπροσωπεύει οτιδήποτε ψηφιακό), τα νευρωνικά δίκτυα (βιολογικά και τεχνητά) δεν είναι. Η οργάνωση των νευρώνων (οι συνδέσεις τους και τα δυνατά σημεία αυτών των συνδέσεων) καθορίζει τι αντιπροσωπεύουν και πώς επεξεργάζονται τις πληροφορίες. Έτσι, ο οπτικός φλοιός δεν μπορεί να στρατολογηθεί για επεξεργασία ήχου όταν τα μάτια σας είναι κλειστά επειδή ο οπτικός φλοιός είναι ικανός μόνο για τη λειτουργία της επεξεργασίας οπτικών πληροφοριών (πολύ διαφορετική από μια GPU).

Χάρη στη νευροπλαστικότητα, ο οπτικός φλοιός μπορεί (με πολλή εκπαίδευση για μεγάλο χρονικό διάστημα) να στρατολογηθεί στην πραγματικότητα για άλλες λειτουργίες (συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας ήχου) σε τυφλούς, για παράδειγμα, αλλά στη συνέχεια γίνεται η μόνη λειτουργία που εκτελεί - δηλαδή, η νευροπλαστικότητα δεν δίνει στον εγκέφαλο μια δυνατότητα αλλαγής περιβάλλοντος όπως έχουν οι υπολογιστές.


Οι νευρώνες είναι εξαιρετικά ακριβοί για την κατασκευή, τη συντήρηση και τη χρήση τους (Laughlin et al, 1998; Stone 2018). Το ήμισυ του ενεργειακού προϋπολογισμού ενός παιδιού και το ένα πέμπτο του προϋπολογισμού ενός ενήλικα, απαιτείται μόνο για να κρατήσει τον εγκέφαλο να τρέχει (Sokoloff, 1989; Levy and Baxter, 1996). Τόσο για τα παιδιά όσο και για τους ενήλικες, το ήμισυ του ενεργειακού προϋπολογισμού του εγκεφάλου χρησιμοποιείται για την επεξεργασία των νευρωνικών πληροφοριών και το υπόλοιπο χρησιμοποιείται για τη βασική συντήρηση (Attwell et al, 2001). Το υψηλό κόστος χρήσης νευρώνων οφείλεται στο γεγονός ότι μόνο το 2-4 \% αυτών είναι ενεργά οποιαδήποτε στιγμή (Lennie, 2003). Υποψιάζομαι ότι, εάν όλοι οι νευρώνες μπορούσαν να είναι ενεργοί ταυτόχρονα, τότε οι τεράστιες ποσότητες ενέργειας που απαιτούνταν πιθανότατα θα είχαν ως αποτέλεσμα το μαγείρεμα του εγκεφάλου.

βιβλιογραφικές αναφορές

Attwell, D and Laughlin, SB. Ένας ενεργειακός προϋπολογισμός για τη σηματοδότηση στη φαιά ουσία του εγκεφάλου. J Εγκεφαλική ροή αίματος και μεταβολισμός, 21 (10): 1133-1145, 2001.

Laughlin, SB, de Ruyter van Steveninck, RR και Anderson, JC. Το μεταβολικό κόστος των νευρωνικών πληροφοριών. Nature Neuroscience, 1 (1): 36-41, 1998.

Lennie, P. Το κόστος του φλοιώδους υπολογισμού. Current Biology, 13: 493-497, 2003.

Levy, WB και Baxter, RA. Ενεργειακά αποδοτικοί νευρωνικοί κώδικες. Neural Computation, 8 (3): 531-543, 1996.

Sokoloff, L. Κυκλοφορία και ενεργειακός μεταβολισμός του εγκεφάλου. Basic Neurochemistry, 2: 338-413, 1989.

Stone, JV. Αρχές Θεωρίας Νευρωνικών Πληροφοριών: Υπολογιστική Νευροεπιστήμη και Μεταβολική Αποτελεσματικότητα. Sebtel Press (δημοσιεύτηκε στις 8 Ιουνίου 2018).


Νομίζω ότι το πρόβλημα με την ερώτησή σας είναι ότι δεν "χρησιμοποιούμε" τον εγκέφαλό μας. Φαίνεται ότι ο εγκέφαλός μας έχει διαφορετικά πρότυπα δραστηριοτήτων, σε διαφορετικές περιοχές, σε διαφορετικούς χρόνους και, από όσο γνωρίζουμε, όλοι αυτοί οι παράγοντες είναι εκείνοι που παράγουν την αντίληψή μας για το περιβάλλον, την αντίδραση που έχουμε, και πιθανώς το πλήθος και την ταυτότητά μας (το "εμείς" στην ερώτησή σας).

Δεδομένου ότι δεν είναι "εμείς" έξω από τον εγκέφαλο που μπορεί να αποφασίσει να ενεργοποιήσει ή όχι οποιαδήποτε περιοχή του εγκεφάλου, δεν είναι πραγματικά μια απάντηση στην ερώτησή σας.

Τώρα η ερώτησή σας θα μπορούσε να αναδιατυπωθεί ως εξής: "γιατί ο εγκέφαλος δεν ενεργοποιείται στο 100% ανά πάσα στιγμή"

Με την ενεργοποίηση, συνηθίζουμε να μιλάμε για δυνατότητες δράσης, που παράγονται από νευρώνες. Αυτός θεωρείται ο βασικός τρόπος δύο νευρώνων να μεταδίδουν πληροφορίες ο ένας στον άλλο. Μπορείτε να θεωρήσετε αυτές τις δυνατότητες δράσης ως δυαδικό κώδικα (αν και είναι πιθανώς πιο περίπλοκο, δείτε τη νευροδιαμόρφωση για παράδειγμα). Σε αυτό το παράδειγμα, ένα δυναμικό δράσης είναι 1 και κανένα δυναμικό δράσης είναι 0. Αν δεν πυροδοτούνται νευρώνες, έχετε μόνο 0, οι οποίοι δεν μεταφέρουν πληροφορίες σε άλλους νευρώνες (πράγματι, μπορείτε να απλοποιήσετε αυτό το σήμα στο 0 x του χρόνου που έχει παρέλθει ). Από την άλλη πλευρά, εάν όλοι οι νευρώνες πυροδοτούν ταυτόχρονα, δεν μεταδίδετε και εσείς πληροφορίες (αυτό μπορεί να απλοποιηθεί κατά 1 x του χρόνου που έχει παρέλθει). Ο μόνος τρόπος για τη μετάδοση πληροφοριών, και όπως ίσως καταλάβατε, μιλάω με έναν τρόπο θεωρίας πληροφοριών, είναι να δημιουργήσετε ένα μίγμα μεταξύ μηδέν και 1, το οποίο, στο παράδειγμά μας, είναι μια σειρά δυναμικών δράσης και κανένα δυναμικό δράσης. Για παράδειγμα, θα ήταν σαν σε μια CPU, κάθε τρανζίστορ να ενεργοποιούνταν ταυτόχρονα. Δεν έχετε καμία πληροφορία που έχει μεταφερθεί.

Ένα άλλο παράδειγμα μπορεί να είναι η συγκέντρωση ατόμων σε ένα δωμάτιο. Εάν κανείς δεν μιλήσει, προφανώς δεν μεταφέρονται πληροφορίες. Αλλά αν όλοι μιλούν ταυτόχρονα, δεν καταλαβαίνουν ο ένας τον άλλον.

Στον εγκέφαλο, μια ενεργοποίηση κάθε νευρώνων μπορεί να συμβεί σε ορισμένες περιοχές. Ονομάζεται επιληψία και δεν είναι πραγματικά λειτουργικό.

Επομένως, η ενεργοποίηση 100% είναι δυνατή στον εγκέφαλο, αλλά δεν είναι αποτελεσματική στον υπολογισμό, καθώς δεν παράγει πληροφορίες.


Δες το βίντεο: Μίλα με προσοχή - Αυτές οι λέξεις δημιουργούν θαύματα και αλλάζουν τον εγκέφαλο μας (Δεκέμβριος 2021).