фМРТ позволила подсчитать количество «вычислительных ядер» мозга

Человеческий мозг ^[1] состоит из 100 миллиардов нейронов, каждый из которых может иметь до 10 тысяч соединений со своими соседями. Всё это великолепие, которому завидуют работающие с информацией учёные, потребляет 20 ватт в пиковой нагрузке и умещается в крошечной черепной коробке.

Часто мозг ^[1] описывают как высокопараллелизированный вычислительный механизм, что заставляет задуматься, насколько глубока параллелизация. В своей работе Харрис Георгиу из Афинского национального университета имени Каподистрии смог ответить на вопрос, сколько в нашем мозге ^[1] «вычислительных ядер». Подсчёт производился во время выполнения простых тестов путём особого вида томографии. Это потенциально может означать маленький шажок к созданию искусственного интеллекта.

Для этих целей использовалась функциональная магнитно-резонансная томография. Подобное исследование включает изучение гемодинамеческих реакций, аппарат измеряет изменения уровней кислорода крови, проходящей через различные участки мозга ^[1]. Предполагается, что более активные участки мозга ^[1] потребляют больше кислорода, поэтому можно обнаружить работающие зоны.

Обычно мозг ^[1] в анализе фМРТ делится на трёхмерные области, называемые вокселями, каждая из которых составляет порядка 5 мм³. Полная карта активности мозга ^[1] в любой момент времени может быть записана с использованием трёхмерной модели из 60 × 60 × 30 вокселей. Измерения повторяются примерно раз в секунду, как правило, тест длится две—три минуты, а исследуемый мозг ^[1] подвергается влиянию различных физических факторов. В результате получают около 30 миллионов значений.

Работа Георгиу заключалась в определении с помощью полученных данных количества независимых процессов, которые происходят в мозге ^[1]. Как он сам говорит, это не слишком отличается от попыток определить количество физических ядер процессора компьютера, только здесь они расположены в пространственной структуре и обрабатывают когнитивные процессы.

И это непростая задача, если учесть размер получаемых данных. В начале работы Георгиу создал синтетический набор данных результата фМРТ, созданный из восьми разных сигналов со статистическими характеристиками, похожими на характеристики мозга ^[1]. Затем он использовал анализ независимых компонент чтобы определить, сколько независимых сигналов присутствовало. Убедившись в том, что он нашёл восемь сигналов, он продолжил работу.

Он применил аналогичные техники для анализа данных уже реальных сканов мозга ^[1]. Испытуемых попросили исполнять два простых задания, первое было типичным тестом на визуально-моторную реакцию. После появления на экране либо красной, либо зелёной сигнальной области нужно показать реакцию либо правым указательным пальцем, либо левым. Всего было проведено 100 таких экспериментов на 9 здоровых взрослых испытуемых.

Вторая задача была несколько сложней, подопытным показывали серию изображений: лица, дома, стулья и так далее. Задачей являлось определить, какой объект появляется дважды, при этом фотографии могли отличаться углом съёмки и условиями освещения.

В результате сложного анализа получился вполне понятный и простой вывод. Георгиу заявил, что анализ независимых компонент выявил порядка 50 независимых процессов, происходящих в мозге ^[1] испытуемых. При этом мозг ^[1] использует меньше процессов при проведении задач попроще, например, простого распознавания.

Эти результаты могут изменить наше представление о том, как мы должны создавать микросхемы, призванные подражать человеческому мышлению ^[1]. Возможно, что параллелизм в мозге ^[1] происходит не на уровне нейронов, а на более высоком уровне структурной и функциональной организации, и общее число процессов находится в районе 50.

Воксель содержит в себе примерно три миллиона нейронов, каждый из которых имеет несколько тысяч соединений друг с другом. Самые совершенные из существующих на данный момент нейроморфных чипов содержат в себе всего лишь несколько миллионов искусственных нейронов с 256 соединенями у каждого из них.

Теоретически, как заключает Георгиу, искусственная когнитивная структура, подобная человеческому мозгу ^[1], может не потребовать большого параллелизма на уровне нейронов, а сможет быть разбита на ограниченное число отдельных функциональных процессов.

По материалам MIT Technology Review ^[2]. Отчёт можно скачать с arxiv.org ^[3].

Автор: FakeFactFelis

Источник ^[4]