Мозг и компьютер

На данном этапе все усилия по созданию искусственного интеллекта направлены на то, чтобы снять часть нагрузки с человеческого интеллекта, создать помощника для обработки плохо структурированной информации.

Самая очевидная задача — работа с большими объемами информации. Это направление так и называется: «Большие данные» (Big data). Самый яркий пример — Большой адронный коллайдер. БАК генерирует несколько петабайт (1 Пб = 1 000 000 Гб) информации в секунду. Она поступает в различные информационные центры по всему миру, где обрабатывается компьютерами, после чего передается физикам для анализа.

Но работа с большими объемами информации выявила слабое место современных компьютеров. Сейчас в вычислительной технике используется так называемая архитектура фон Неймана: память и процессор физически разделены и общаются друг с другом посредством шины, которая находится между ними. Чтобы выполнить команду, процессор посылает запрос в память, та извлекает из определенной ячейки данные, отправляет их в процессор, затем из памяти запрашивается команда для выполнения и вновь загружается в процессор, и так далее.

Постоянно идет передача данных в обоих направлениях, и узкое горлышко шины ограничивает производительность общего процесса вычислений. Конечно, сегодня эту проблему отчасти снимают многоядерные процессоры, когда информация делится между разными ядрами, обрабатывается в них одновременно, а потом результаты сливаются в каком-то одном ядре.

Человеческий мозг устроен иначе: его архитектура принципиально параллельна, а не последовательна. Память и вычисления в мозге реализуются в одних и тех же структурах — в нейронах. Каждая нервная клетка похожа на крохотный процессор, выполняющий простейшую функцию. Совокупность же большого числа таких элементарных процессоров способна производить довольно сложную обработку нечетко структурированной информации. Если такую схему удастся воплотить и в компьютерах, скопировав принцип действия работы нейронов, это станет прорывом.

У каждой нервной клетки есть отростки — аксоны, по которым передается информация, и дендриты, принимающие информацию. Соединение аксона и дендрита называется синапс. Когда происходит генерация «спайка», то есть собственного электрохимического возбуждения клетки, с помощью нейромедиаторов ток идет от одного нейрона к другому. Синапс при этом пластичен, он может менять эффективность передачи сигнала, варьируя степень выделения при передаче и/или чувствительности приема нейромедиатора.

Кадр: фильм «Я, робот»

Считается, что память формируется за счет пластичности синапсов: некоторый набор синаптических проницаемостей определяет какое-то определенное воспоминание, которое воспроизводится при распространении сигнала через этот набор синапсов. Если ученые смогут создать систему искусственного интеллекта, в которой аппаратно будет использоваться тот же принцип, то есть обработка и хранение информации в одних и тех же функциональных элементах (искусственных нейронах-процессорах с пластичными соединениям между ними), это выведет технологии на новый уровень. Достаточно серьезные и успешные попытки есть, но работы еще очень много.

Реклама 01