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人的大脑为什么不在电脑上(人的大脑怎么开发)

本文目录

  1. 人类的大脑是怎么运行的,又是靠什么在思考的
  2. 由粒子(物质)组成的大脑为什么会产生意识
  3. 人的大脑大约相当于多大内存

一、人类的大脑是怎么运行的,又是靠什么在思考的

1、思考是人类所展示的最重要的智力活动。人类所有的成就和进步都来自思考的结果。文明、知识、科学技术源于思考过程。思想和活动是密不可分的。人通常在进行活动之前先在脑海中设想出自己的行动,然后付诸实施。

2、大脑思考功能的主要构建单元是各种脑细胞当中的一种:神经元。大脑中的化学过程通过神经元发出信息,这些信息与思维一起决定了心理过程。称为神经胶质细胞的另一类脑细胞则存在于大脑神经元之间。神经胶质细胞在思想产生过程中也举足轻重,因为它参与神经元与激素发生化学反应。运动神经元在我们的肌肉中发挥作用,感觉神经元则负责形成我们的五种感觉。

3、上图:各种类型的脑细胞。并非所有脑细胞都是神经元。

4、神经元是神经系统中负责传递电脉冲信息的细胞。神经元的工作原理是将电荷从一个神经元传递到别的神经元。因此,所有信息都以电脉冲的方式传输,这就是为什么计算机科学已成为神经科学研究中重要工具的原因。为了更好地了解神经元的工作原理,首先必须了解神经元的构成。

5、首先,因为神经元是细胞,所以它具有细胞核。这是神经元的中心,也是细胞的管理中心。没有它,细胞会死掉。从理论上讲,细胞核是神经元的大脑。

6、基本上,所有信息都通过树突传入神经元,流经神经元,然后离开,通过轴突到达下一个神经元。

7、神经元通过传递电信号来工作。从轴突开始,神经元通过轴突发送电脉冲信号。实际上神经元并不接触,它们只是彼此非常靠近。一个神经元的轴突和另一个神经元的树突之间的空间称为突触。当神经元传递信息时,突触利用化学分子将信号从一个神经元“转移”到另一个神经元。此过程称为突触传递。

8、上图:突触的化学信号转移原理。

9、一旦发生突触传递,信息就通过树突进入神经元。当电信号成功从第一个神经元传递到第二个神经元,之后,信号会移动到轴突,并通过轴突的突触到达下一个神经元的树突。换句话说,神经元是作为电信号的中继站而工作的。或者,它可以被视为某种轨道或者导线。信号沿着该轨道或导向单向移动。

10、形成智能和使我们思考的并不是简单的传导,而是成千上万甚至上亿的神经元相互之间复杂的连接网络。

11、神经元之间的连接形成了某种逻辑电路,并且神经元会因为电刺激而改变链接方式,增强某些方向的连接,从而形成了强化和记忆。

12、复杂的神经网络最终构成了我们的感官输入,思维处理以及学习回路——这是我们思考和智力的微观基础。

13、大脑是神经系统的中心,就像计算机中的微处理器一样。脊髓和神经是连接,就像计算机中的门和导线一样。神经在神经系统的不同区域之间以及在神经系统与其他组织和器官之间传递电化学信号。神经分为四类:

14、所有这些连接大脑的神经为大脑提供了感官,也就是信息输入。

15、人体的五种感官是视觉、味觉、嗅觉、触觉和听觉(此外还有体感、重力、疼痛等内部感官)。感官将信息带回到大脑的各个层面,并导致思想和情绪的产生。

16、情绪产生诸如哭泣、笑声和悲伤之类的动作来响应感官信息,并同时对人类的思维产生影响。

17、思维汇集不同脑区处理过的信息结果,形成了某种认知甚至更高层级的认识。认知是指思考的过程。通过功能性MRI,研究者可以准确确定大脑中思维过程发生的位置。正电子发射拓扑扫描还可以记录一系列思考过程中大脑的图像。未来有望利用这些新技术获得对思维过程的新见解。

18、上图:核磁共振下的人脑区域激活。

19、推理意味着将感官感知到的事实和证据通过思考过程的处理得出结论。改变思想组织列出了20种推理类型。最常见的类型包括归纳推理和演绎推理。归纳推理是指从细节开始并将概念扩展到涵盖一系列观察的过程。演绎推理意味着从一般规则开始,然后转移到特定项目。

20、学习是通过反复试验、结合经验、抽象思想和演绎来学习。智能源于所学的联系数量。大脑将输入的数据与大脑中存储的信息集成在一起。

21、神经元是我们思考的微观基础,数以亿计的神经元的复杂电信号体系就构成了我们思考的逻辑系统,这是我们思考的本质和来源。

二、由粒子(物质)组成的大脑为什么会产生意识

1、意识之谜一直困扰人类,但最新的一些研究已经带来了一些曙光。在这里我介绍一下科学家GiulioTononi提出的「信息综合论」(IIT理论)。

2、我们想象一个大脑被切成了两块,之间没有任何关联。同时它们各自又通过特殊的手段维持机能。这个时候,原先的「一个意识」,现在是否是「两个意识」了?我们稍微思考就会觉得,它们应该是两个意识。因为如果两者没有任何关联,那这两个大脑之间的关系,与陌生人之间的关系有什么差别呢?

3、所以,关联会使得意识组合为一个独立的意识。我们进一步思考,这种关联是什么?是物质吗?确实有物质的成分。但有没有比物质更基础的东西呢?有,那就是信息。信息通常需要物质或场作为载体,但通过信息来思考问题会更便捷。

4、信息的交流使得意识综合为一个整体。那我们再考虑一个情形:两个人聊天。在这个过程中,两个人一直在交换信息。那他们的意识有没有合一呢?当然没有,所以信息交流的量也很重要。有的心理学研究表明,在亲密关系中,两个人会有合一的感觉,这可能是因为信息交流的量很大造成的。

5、上面的思想就是信息综合论的基本思想,当然严格的描述需要数学工具。但基本的逻辑是差不多的。在Tononi论文中,他给出了一个测量信息综合程度的指标,可以用来衡量意识的强度。而如果在未来我们可以动态的、高分辨率的测量大量的神经,我们或许就能检验这个理论是否正确了。

三、人的大脑大约相当于多大内存

这是一个非常好的问题,人类作为地球上的最高智慧生物,我们的大脑是如何构成的?我们的大脑又被开发了多少呢?

要回答作者的问题,我们首先要来探讨一下人类的大脑极限,只有在极限情况下,我们才能与电脑的内存来做比较。

人类大约有几百亿个脑细胞,每个脑细胞大约有几百条脑神经,每条神经上大约有几百个突触,每个突触有几百到几千个蛋白质,一个脑细胞的作用大约相当于一台大型计算机,一个突触的作用大约相当于计算机的一块芯片。可以很简单地推算出来,人的大脑相当于上千亿块或上万亿块芯片。

人类目前最大型的并行计算机,美国的白色战略加速计算机(WhiteASCI)也不过8000块芯片,和人类的大脑比,相差大约一亿倍,也就是差8到9个数量级。

计算机的运算能力一般用一秒钟能做多少次加法运算来统计,目前最快的是中国的“天河二号”,以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首。

由于人脑是超级巨大的并行运算系统,所有突触以及每个突触上的所有蛋白质,都可以瞬间同时运动,蛋白质之间又只有几纳米距离,电流在这个距离上一秒可运行几千亿次,人脑运算速度的数量级就大得没法形容,大约1后面跟27个零到30个零。要知道,40亿次,才不过是4后面跟9个零而已,差了大约20个数量级。

所以,如果用计算机来模拟人类大脑的功能,以目前研究进展的速度而言,大约还要一百年才能实现。因为根据著名的“摩尔定律”,计算机的运算速度每18个月提高一倍,也就是每年大约提高0.67倍,要提高20个数量级就需要100多年。

另外还有一个因素没有考虑,计算机就两种电路状态,开或关,而脑细胞、脑神经、突触、蛋白质以及组成蛋白质的氨基酸都有很多种,运动起来远比电路复杂得多了。所以人类搞清人脑功能的时间还要推后。

人的大脑是人体中最微妙的智能器官。它重约1.3千克,体积只有1.4立方分米,大约由100多亿个神经细胞所组成。每个神经细胞的周围,有1000~10000个突触伸展出去,和相邻的神经细胞的突触相交联。这些突触像电路一样,都具有一个能通过或停止“电子流动”的“闸门”,因此,大脑能够储存10万亿位的信息量。这样的存贮能力可与1万台计算机的存贮容量相媲美。

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