Что лучше – компьютер или мозг? Спросите большинство людей, хотят ли они иметь мозг, подобный компьютеру, и они, вероятно, ухватятся за этот шанс. Но посмотрите, какую работу ученые проделали за последние пару десятилетий, и вы обнаружите, что многие из них изо всех сил старались сделать свои компьютеры более похожими на мозг! Как же так?
С помощью нейронных сетей-компьютерных программ, собранных из сотен, тысяч или миллионов искусственных клеток мозга, которые учатся и ведут себя удивительно похожим образом на человеческий мозг. Что же такое нейронные сети? Как они работают? Давайте посмотрим поближе!
Чем мозг отличается от компьютера
Вы часто слышите, как люди сравнивают человеческий мозг и электронный компьютер, и, на первый взгляд, у них действительно есть что-то общее. Типичный мозг содержит что-то вроде 100 миллиардов крошечных клеток, называемых нейронами (никто точно не знает, сколько их там, и оценки идут от примерно 50 миллиардов до целых 500 миллиардов) каждый нейрон состоит из тела клетки (центральной массы клетки) с рядом связей, выходящих из него: многочисленные дендриты (входы клетки-перенос информации к телу клетки) и один Аксон (выход ячейки-унос информации). Нейроны настолько малы, что вы можете упаковать около 100 их клеточных тел в один миллиметр. (Стоит также отметить, вкратце, что нейроны составляют только 10-50 процентов всех клеток в мозге; остальные-глиальные клетки, также называемые нейроглиями, которые поддерживают и защищают нейроны и питают их энергией, которая позволяет им работать и расти.) Внутри компьютера эквивалентом мозговой клетки является наноскопически крошечное коммутационное устройство, называемое транзистором. Новейшие, ультрасовременные микропроцессоры (однокристальные компьютеры) содержат более 30 миллиардов транзисторов; даже базовый микропроцессор Pentium примерно 20 лет назад было около 50 миллионов транзисторов, все упакованные в интегральную схему площадью всего 25 мм (меньше почтовой марки)!
На этом сравнение компьютеров и мозга начинается и заканчивается, потому что эти две вещи совершенно разные. Дело не только в том, что компьютеры-это холодные металлические коробки, набитые двоичными числами, в то время как мозг-это теплые, живые вещи, наполненные мыслями, чувствами и воспоминаниями. Реальная разница заключается в том, что компьютеры и мозг “думают” совершенно по-разному. То транзисторы в компьютере соединены в относительно простые последовательные цепи (каждая из них соединена с двумя или тремя другими в основных схемах, известных как логические элементы), в то время как нейроны в мозге тесно связаны между собой сложными параллельными путями (каждый из них связан, возможно, с 10 000 своих соседей).
Это существенное структурное различие между компьютерами (возможно, с несколькими сотнями миллионов транзисторов, Соединенных относительно простым способом) и мозгом (возможно, в 10-100 раз больше мозговых клеток, соединенных более богатыми и сложными способами) является тем, что заставляет их “думать” так по-разному. Компьютеры прекрасно приспособлены для хранения огромного количества бессмысленной (для них) информации и ее перестановки любым количеством способов в соответствии с точными инструкциями (программами), которые мы заранее в них вводим. Мозг, с другой стороны, учится медленно, более окольными путями, часто требуются месяцы или годы, чтобы полностью разобраться в чем-то действительно сложном. Но, в отличие от компьютеров, они могут спонтанно собирать информацию поразительно новыми способами—вот откуда берется человеческое творчество Бетховена или Шекспира—распознавая оригинальные паттерны, устанавливая связи и видя вещи, которые они узнали, в совершенно ином свете.
Разве не было бы здорово, если бы компьютеры были больше похожи на мозг? Вот тут-то и пригодятся нейронные сети!