Версия для слабовидящих
фМРТ позволила подсчитать количество «вычислительных ядер» мозга Печать Email
Новости об инновациях
25.11.2014

Человеческий мозг 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 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 «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. Предполагается, что более активные участки мозга потребляют больше кислорода, поэтому можно обнаружить работающие зоны.

Обычно мозг в анализе фМРТ делится на трёхмерные области, называемые вокселями, каждая из которых составляет порядка 5 мм³. Полная карта активности мозга 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 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. 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, сделанный из восьми разных сигналов со статистическими характеристиками, похожими на характеристики мозга. 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. Испытуемых попросили исполнять два простых задания, первое было типичным тестом на визуально-моторную реакцию. После появления на экране либо красного, либо зелёного сигнала 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 испытуемых. При этом мозг 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. Возможно, что параллелизм в мозге 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, может не потребовать большого параллелизма на уровне нейронов, а сможет быть разбита на ограниченное число отдельных функциональных процессов.

По материалам MIT Technology Review . Отчёт можно скачать с arxiv.org.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/fmrt-pozvolila-podschitat-kolichestvo-vychislitelnykh-yader-mozga

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта