Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Кто же лучше справляется с решением задач, мозг или компьютер? Глядя на достижения компьютерных технологий за последние десятилетия, можно прийти к выводу, что пальма первенства принадлежит компьютеру. И действительно, были созданы машины и программы, способные побеждать человека в сложных играх: в 1990-е годы в шахматах, позднее в го, а недавно и в состязаниях на эрудицию, например в телевикторине Jeopardy! И все же человек превосходит компьютер в решении многочисленных повседневных задач, от распознавания отдельных велосипедистов или пешеходов на оживленной городской улице до умения взять чашку чая и плавным движением поднести ее к губам — не говоря уже о способности творить и выстраивать концепции.

Почему компьютер хорошо справляется с одними задачами, а мозг с другими? Сравнение компьютера и мозга всегда было чрезвычайно полезным и для нейробиологов, и для инженеров. Это сравнение началось на заре компьютерной эры с небольшой, но очень глубокой книги «Вычислительная машина и мозг» Джона фон Неймана, американского ученого, разработавшего в 1940-х годах архитектуру вычислительной машины, которая до сих пор составляет основу большинства современных компьютеров[118]. Взглянем на некоторые показатели, по которым проводилось сравнение (см. таблицу).

* Персональные компьютеры в 2008 году.

** На протяжении нескольких десятилетий число транзисторов в интегральной схеме удваивалось каждые полтора-два года; в последнее время рост производительности от увеличения числа транзисторов замедлился — его ограничивают факторы, связанные с энергопотреблением и теплоотдачей.

Источники: John von Neumann, The Computer and the Brain (New Haven: Yale University Press, 2012); D. A. Patterson and J. L. Hennessy, Computer Organization and Design (Amsterdam: Elsevier, 2012)

Компьютер намного превосходит мозг в скорости базовых операций[119]. Сегодня любой персональный компьютер способен выполнять элементарные арифметические действия, такие как сложение, со скоростью 10 миллиардов операций в секунду. Скорость базовых операций в мозге мы можем оценить по базовым процессам, с помощью которых нейроны передают информацию и связываются друг с другом. Например, нейроны «возбуждаются» и генерируют биопотенциалы — электрические сигнальные импульсы (спайки), которые вырабатываются в теле клетки и передаются по длинным выростам, или аксонам, связывающим клетку со следующим нейроном цепи. Информация кодируется частотой и продолжительностью этих спайков. Наивысшая частота возбуждения нейронов оставляет около тысячи импульсов в секунду. Другой пример: нейроны передают информацию соседним клеткам в основном путем выделения химических нейромедиаторов в специализированные структуры терминалей аксона — синапсы, а соседние нейроны преобразуют поступающие нейромедиаторы в электрические сигналы в процессе синаптической передачи. Самая быстрая синаптическая передача длится около одной миллисекунды. Таким образом, спайки и синаптические передачи позволяют мозгу выполнять приблизительно тысячу базовых операций в секунду — это в 10 миллионов раз медленнее компьютера[120].