Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) смогли оценить скорость человеческой мысли — она составила всего лишь 10 бит в секунду — даже процессоры 50-летней давности работали быстрее. Сенсорные системы человека собирают данные об окружающей среде со скоростью миллиард бит в секунду, что в 100 миллионов раз быстрее скорости мыслительных процессов. Исследователи опирались на методы теории информации и данные о человеческом поведении: чтении, письме, видеоиграх и сборке кубика Рубика.

Источник изображения: unsplash.com

«Это чрезвычайно низкое число, — говорит руководитель исследования профессор Маркус Мейстер (Markus Meister). — Каждый момент мы извлекаем всего 10 бит из триллиона, которые воспринимают наши чувства, и используем эти 10 для восприятия окружающего мира и принятия решений. Это порождает парадокс: что делает мозг, чтобы отфильтровать всю эту информацию?»

В мозге человека более 85 миллиардов нейронов, треть из которых расположена в коре головного мозга и занимается высокоуровневым мышлением. Отдельные нейроны являются мощными процессорами информации и могут легко передавать более 10 бит информации в секунду, но почему-то этого не делают. Мейстер полагает, что нейробиологи должны рассмотреть эти парадоксы в будущих исследованиях.

Ещё один вопрос, которую поднимает новое исследование — почему мозг обрабатывает одну мысль за раз, а не несколько параллельно, как это делают наши сенсорные системы? Например, шахматист, обдумывающий следующий ход, может исследовать только одну возможную последовательность за раз, а не несколько сразу. Исследователи предположили, что это, возможно, связано с тем, как развивался наш мозг.

Самые первые существа с примитивной нервной системой использовали мозг в первую очередь для навигации, чтобы находить еду и скрываться от хищников. Если человеческий мозг эволюционировал из этих простых систем, логично, что он может следовать только одному «пути» мысли за раз. «Человеческое мышление можно рассматривать как форму навигации в пространстве абстрактных концепций», — утверждают исследователи. Они полагают, что это ограничение — одна мысль за один «такт» — закодировано в архитектуре мозга.

«Наши предки выбрали экологическую нишу, где мир достаточно медленный, чтобы сделать выживание возможным, — полагают учёные. — На самом деле, 10 бит в секунду нужны только в худших ситуациях, и большую часть времени наша окружающая среда меняется в гораздо более неторопливом темпе».

Новая оценка скорости человеческого мышления может опровергнуть некоторые футуристические сценарии. Похоже, что мечты о прямом высокоскоростном интерфейсе между человеческим мозгом и компьютером останутся мечтами, так как человеческий мозг будет неторопливо общаться через нейронный интерфейс со скоростью 10 бит в секунду.

Учёные из Университета Монаша создали DishBrain — полубиологический компьютерный чип, в электроды которого интегрированы около 800 000 клеток мозга человека и мыши. Демонстрируя что-то вроде разума, он научился играть в Pong за пять минут. Исследование, проведённое в партнёрстве с мельбурнским стартапом Cortical Labs, получило грант в размере 407 000 долларов США от Австралийской национальной программы грантов на исследования в области разведки и безопасности.

Источник изображения: Pixabay

Массив микроэлектродов в основе DishBrain способен не только считывать активность в клетках мозга, но и стимулировать их электрическими сигналами, поэтому исследовательская группа создала версию Pong, в которой клетки полубиологического искусственного мозга получали информацию о перемещении мяча и могли воздействовать на ракетку, перемещая её влево и вправо.

Затем была разработана очень простая система стимуляции, использующая стремление небольших скоплений клеток мозга сводить к минимуму непредсказуемость окружающей их среды. Если ракетка отбивает мяч, клетки получают поощрение — предсказуемый стимул, а при промахе — четыре секунды непредсказуемого воздействия. Это первый случай, когда клетки мозга, выращенные в лаборатории, получили возможность не только ощущать мир, но и воздействовать на него, и результаты были впечатляющими.

Нейроны DishBrain, растущие на массиве электродов / Источник изображения: Cortical Labs

Такие чипы, объединяющие биологические вычисления с ИИ, «в будущем могут в конечном итоге превзойти по производительности существующее чисто кремниевое оборудование, — уверен руководитель проекта доцент Адил Рази (Adeel Razi). — Результаты таких исследований будут иметь серьёзные последствия в таких областях как планирование, робототехника, передовая автоматизация, интерфейсы мозг-машина и разработка лекарств».

Расширенные возможности DishBrain могут стать основой нового поколения машинного обучения, особенно когда оно будет воплощено в автономных транспортных средствах, дронах и роботах. По словам Рази, это может дать им «новый тип машинного интеллекта, способный учиться на протяжении всей своей жизни». Технология обещает машины, которые могут продолжать изучать новые способности без ущерба для старых, хорошо адаптируются к изменениям и могут использовать старые знания в новых ситуациях, оптимизируя использование вычислительной мощности, памяти и энергии.

DishBrain с клетками, выделенными с помощью флуоресцентных маркеров / Источник изображения: Cortical Labs

«Мы используем этот грант для разработки более совершенных моделей ИИ на основе обучающихся биологических нейронных сетей, — говорит Рази. — Это поможет расширить возможности оборудования и методов до такой степени, что они станут жизнеспособной заменой для классических вычислений».

Похоже, скоро мы узнаем, мечтают ли андроиды об электроовцах. И нам может не понравиться то, что мы узнаем.