Существует ограниченная, но полезная аналогия между работой нервной ткани и работой ЭВМ. Здесь рассмотрим, в чём сходства и отличия, где строгая аналогия, а где нестрогая. Для ясности отметим: нервную ткань ещё называют, заменяя слово "ткань" на бессмысленное слово "система" - либо заменяя всю ткань (точнее, весь набор тканей) на название частного случая - "мозг".
Мозг (и шире - нервная ткань, набор связанных нейронов) - это вычислительное устройство. Это утверждение - не метафора. Это факт, который нужно понимать буквально.
То, что "мозг - это цифровое вычислительное устройство" - тоже не метафора (в первом приближении), так как нервная ткань оцифровывает входящие сигналы и работает с цифровым сигналом... преимущественно. В большинстве задач достаточно того, что нейрон реагирует на потенциал действия, полученный от других нейронов (и ничего не меняет то, что между ними есть ещё прослойка в виде череды событий: выброс медиатора, диффузия медиатора, связывание медиатора на белках-рецепторах). И этот сигнал - потенциал действия, ПД, AP - либо есть, либо нет. Это двоичный сигнал.
И в биологии вообще-то не только нервная ткань оцифровывает сигналы и работает с цифровым сигналом - любые клетки делают это и каждая клетка обрабоатывает сигналы именно так.
На всякий случай, здесь полезно припомнить схему, поясняющую понятие цифрового сигнала:
Вернёмся к сравнениям.
Утверждение "мозг похож на ЭВМ" - это тоже не метафора. Он действительно имеет ряд важных сходств с ЭВМ.
А вот утверждение "мозг работает как ЭВМ" - это уже метафора, в том смысле, что это нестрогая аналогия. А нестрогая она потому, что не строгая - потому, что кроме сходств, есть и принципиальные отличия между нервной тканью и ЭВМ.
Вот некоторые из них:
1) Мозг никем не разработан. Нет ни дизайнера, ни инженера, ни архитектора. Это плод естественного отбора, бездушного, бесцельного и слепого к будущему.
2) Для мозга никто не пишет программ. Нет программистов. Но программы есть. Но при этом программы - не как на ЭВМ, просто запись в памяти, вместо этого, они - суть архитектура синаптических связей, и "установка" программ - это длительный и постепенный процесс перестройки (или просто постройки) этой архитектуры синаптических связей. В другом ракурсе, можно переформулировать это и так: в мозге нет никаких программ, только само "железо", вычислительная архитектура. Важно, что установка ПО на ЭВМ не меняет архитектуры ЭВМ, а обучение мозга - меняет его вычислительную архитектуру. И можно утверждать, что а) мозг сам пишет программы; б) среда обитания (внешние (по отношению к мозгу) стимулы) программируют мозг. Оба утверждения верны. И буквальны. Можно сказать и так: "программируется само железо, без программирования и без программистов, и этот процесс управляется непосредственно стимулами среды".
3) Мозг никто не администрирует. Нет администратора. Мозг сам себя администрирует, и этот процесс управляется непосредственно стимулами среды.
4) Мозг никто не использует. Нет пользователя. Нет наблюдателя. Мозг сам себя использует, и он сам - единственный свой пользователь.
5) Короче говоря, в отличии от ЭВМ, мозг - самоуправляемая машина, то есть автомат с высокой степенью автономии, и высокими способностями к самоописанию (конечно, спекулятивному, искажённому, не полному и не точному). Самоорганизующееся устройство. Автономный агент.
6) Мозг, в отличии от ЭВМ, имеет иную архитектуру. Это весьма важное отличие. Нет процессора, отличного от памяти или от управляющего устройства. Это одно устройство, память – это одновременно и процессор, и память, и логико-арифметическое управляющее устройство. Нет команд в ИТ-смысле, и нет смысла в отличии команд от данных. То есть нет машинных команд, каких-то управляющих кодов. Нет операции записи данных в память; но некая память - есть. При этом, нет памяти в привычном людям понимании этого слова. Нет памяти в привычном ИТ-специалистам понимании этого слова. Нет RAM, то есть памяти произвольного доступа, адресуемой по адресам. Вместо этого есть ассоциативная память, то есть текущая схема активации, выучка нейросети, в ней нет адресации, нет адресов, но вместо этого есть собственно узор текущей активации и есть карта взвешенных (неактивных) связей. Нет процессорных операций, но есть что-то иное – базовые операции вроде установить связь, изменить пропускную способность синапса, убрать связь, затормозить нейрон, активировать нейрон, суммировать (не алгебраически) сигналы.
7) Нейроны, хоть и похожи на транзисторы, тоже сильно от них отличаются: их свойства не фиксированы и меняются по мере их работы, это программируемые, а не константные, логические вентили. Кроме того, меняются и их физико-химические характеристики: пропускная способность, порог возбуждения, количество и качество связей с другими нейронами, и у них есть сложная система саморегуляции (внутриклеточная сигнализация). Причём меняются эти характеристики не скачкообразно. Каждый нейрон сам является и средством хранения данных, и вычислительным/управляющим устройством. И нейроны совсем не похожи на транзисторы, которые бы переходили скачком в одно из двух состояний, и оставались в нём, сохраняя таким образом данные. Нейроны работают иначе. Синапсы тоже. Дендриты тоже.
8) Нервная ткань использует совсем иной способ адресации данных между своими узлами. В основном, этот способ иллюстрируется следующим слайдом:
Естественно, возникает проблема утечки сигнала по боковым ответвлениям, так как на самом деле схема адресации выглядит не таким идеализированным способом как на картинке выше, а способом вроде такого:
9) В отличии от ЭВМ, у мозга есть специальные модули, весьма эффективно занимающиеся оценкой того, работает ли мозг в реальном мире или же в режиме симуляции. В отличии от предыдущих, это отличие не фундаментальное. Таковые аппаратные модули технически возможно воспроизвести; а равно и обмануть - но в ЭВМ начала 21-го века такие модули обычно не встроены, почти никто не задался их сделать. В ЭВМ такую работу обычно выполняют программные модули. В принципе, они тоже работают неплохо - потому и нет нужды в аппаратных средствах.
Это тот пункт, незнание которого позволяет невеждам претенциозно так вопрошать/восклицать: "но как мы можем быть уверены, что мы сейчас не спим?", или "но как мы можем быть уверены, что мы - не мозги в банке или в Матрице?", полагая, будто вопросом что-то доказывается. Или будто незнанием ответа что-то доказывается. Как можем быть уверены? Как можем отличить?Легко. У мозга есть эффективные алгоритмы расчёта, отличающего параметры грёзы от параметров бодрствования и параметры работы при отсутствии реальных сенсорных стимулов от параметров работы при их наличии.
10) В биологических нейросетях хотя и являются элементарными связи между нейронами и даже черты строения дендритов и свойства нейронов, такие, что они реализуют булевы операции (т.е. операции логики высказываний) - всё же они реализуют их лишь в некотором приближении. Нулевом там, первом, втором. Но если двигаться в детали, то на самом деле естественные сети нейронов не обладают достаточной точностью для реализации идеализированных булевых операций. Они реализуют что-то, что бывает похожим. Но это некая своя, стохастическая и не вполне чёткая логика.
11) Мозг и составляющие его нейросети в намного меньшей степени способен к рекурсии. В то время, как в ЭВМ рекурсивные алгоритмы могут включать в себя миллиарды и триллионы шагов, в мозге на уровне его общей способности к самоописанию есть всего 1-3 шага как бы рекурсии - и "как бы" потому, что на самом деле, полного самоописания не происходит. В деталях же работы естественных сетей нейронов бывают элементы (косвенных, непрямых) рекурсивных алгоритмов, глубиной максимум в какие-то жалкие 3-6 шагов, не более того.
Итак. Основные отличия очерчены. Что метафоры, а что - буквальные точные утверждения, и на сколько точные - очерчено. И про некоторые сходства тоже сказано.
Теперь педагогика: прочитав текст, зная теперь, что в нём - стоит перечитать его ещё раз. Возможно, не сразу.
// Всего занудного.