В какой области возможности человеческого мозга превосходят возможности компьютера
265. Представители одних культур могут достигать в тестах интеллекта худших результатов по сравнению с представителями других культур из-за того, что тесты интеллекта:
В) культурно зависимы
Г) не учитывают эмоциональных затруднений
266. К снижению показателей по тесту Векслера может приводить:
А) высокий уровень внимания
Б) высокий уровень тревоги
В) высокая самооценка
Г) высокая потребность в самореализации
267. Лучше всего позволяют выявить разноплановость мышления:
А) классификация и сложение фигур
Б) сложение фигур и исключение предметов
В) пиктограмма и сложение фигур
Г) классификация и исключение предметов
Е) пиктограмма и классификация
268. В каком из перечисленных подходов личность рассматривается как «организованная и относительно устойчивая система навыков»:
А) теория личностных черт
Б) бихевиоризм
В) психодинамическая теория
Г) когнитивная теория
269. Психологическим новообразованием в младшем школьном возрасте является:
А) учебная деятельность
Б) произвольность всех психических процессов, кроме интеллекта
В) освоение знаний, развитие интеллектуальной познавательной деятельности
270. Ошибочные суждения, не согласующиеся с уровнем интеллекта человека, называются:
А) бред
Г) сверхценные идеи
271. Какое утверждение о неврозе является ОШИБОЧНЫМ:
А) это процессуальное заболевание
Б) это прогредиентное заболевание
В) характеризуется обратимостью проявлений
Г) в клинической картине доминируют эмоционально-аффективные расстройства
272. Понятие «тяжелый стресс» - это:
А) тяжелое переживание травмирующей ситуации
Б) исключительно сильные, угрожающие жизни или физической целостности человека события
В) неадекватно сильный ответ на психическую травму
273. Период наиболее выраженных проявлений раннего детского аутизма ( со страхами, негативизмом, агрессией, стереотипной аутостимуляцией) приходится на возраст:
Б) 3- 5 лет
274. В основе направленности личности лежат:
В) потребности
275. В какой области возможности человеческого мозга превосходят возможности компьютера:
А) принятие решений по определенным правилам
Б) оперирование множеством чисел
В) решение задач, не имеющих четкой формулировки
Г) воспроизведение информации в памяти
276. Широта как качество ума (интеллекта) – это:
А) степень свободы мыслительной деятельности от сковывающего влияния прошлого опыта, способность действовать в соответствии с меняющимися условиями
Б) степень существенности признаков, которые человек может выделить, способность проникать в сущность явления
В) способность ставить новые задачи, отыскивать новые пути решения, учитывать ошибки
Г) способность использовать для решения проблемы знания из разных областей
Д) способность быстро разобраться в сложной ситуации, обдумать ее и принять правильное решение
277. Позитивные психопатологические расстройства (в отличие от негативных):
А) проявляются сужением спектра психических проявлений
Б) имеют позитивное адаптивное значение
В) выражаются в появлении не характерных для доболезненного состояния психических и поведенческих паттернов
Г) переживаются как желательные и приятные
278. Для гипертимной акцентуации характера характерны:
А) чрезмерно приподнятое настроение, энергичность, самостоятельность, игнорирование наказаний
Б) высокая в период повышенного настроения и низкая в период подавленности общительность
В) выраженное стремление добиваться своих целей любой ценой, постоянно находиться в центре внимания
Г) повышенная раздражительность, несдержанность
279. Границы личной, или персональной, зоны общения составляют:
Б) от 0,5 м до 1,5 м
В) от 1 м до 2 м
Г) от 1,5 м до 3 м
280. Группа, в которой взаимоотношения опосредуются только личностно значимыми целями (группа друзей, приятелей), называется:
Г) коллектив
281. Какое из определений НЕ относится к понятию «внимание»:
А) психофизиологический процесс, состояние, характеризующееся динамические особенности познавательной деятельности
Б) динамическая характеристика психической деятельности индивида
В) направленность и сосредоточенность психической деятельности на чем-либо определенном
282. Изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя называется:
В) чувствительность к различению
283. Экстероцептивные ощущения:
А) передают информацию о положении тела в пространстве
Б) сигнализируют о состоянии внутренних процессов в организме
В) обеспечивают получение информации из внешнего мира, создают основу сознательного поведения
284. Более или менее длительное и устойчивое общее эмоциональное состояние, окрашивающее все другие переживания и деятельность, называется:
285. Какое утверждение относительно сущности эмоций является верным:
А) эмоция – экстремальная реакция на ситуацию стресса или опасности
Б) эмоции постоянно присутствуют в нашей психической жизни, влияя на восприятие, поведение
В) если эмоция переживается достаточно отчетливо, то ее всегда можно назвать словом
Г) эмоция – это обязательно кратковременное и интенсивное переживание
286. Автором теории функциональных систем является:
Г) П.К.Анохин
287. Какое из свойств темперамента имеет наиболее низкий коэффициент наследуемости:
Б) эмоциональная возбудимость
В) темп реакций
288. Функция эмоций, заключающаяся в оказании мотивирующего воздействия на индивида, организации, направлении и побуждении его восприятия, мышления, поведения, называется:
Б) мотивационная
В) оценочная
289. Отказ от поиска решения задачи в экстремальных условиях, при наличии временных или каких-либо других ограничений определяется как такое качество ума (интеллекта) как:
А) неосознанность
Б) подражательность
В) поверхностность
290. Чему равен IQ (коэффициент интеллекта) шестилетнего ребенка, если его умственный возраст равен девяти годам:
291. Психологическая готовность к школе включает в себя два аспекта:
А) интеллектуальную и социальную готовность
Романтизм как литературное направление: В России романтизм, как литературное направление, впервые появился .
Дэниэл Киш и человеческая эхолокация
Можно ли поверить в то, что человек способен ориентироваться на слух, словно летучая мышь? Что совершенно слепой человек сможет ходить без поводыря, без трости, без современных технических ноу-хау? И не просто ходить – бегать, играть в игры, заниматься спортом, ездить на горном велосипеде? Человеческий мозг, особенности и возможности Дэниела Киша позволяют ему это - он один из тех, кто освоил сонарное зрение, или человеческую эхолокацию.
Дэниел потерял способность видеть в очень молодом возрасте, вскоре после того, как ему исполнился год. Чтобы ориентироваться в пространстве, он начал использовать звуки – щелчки языком, эхо от которых возвращалось к нему и позволяло «увидеть» окружающее. Постепенно он усовершенствовал свою способность настолько, что мог делать все то же, что и обычные дети – играть в игры, ездить на велосипеде и, разумеется, гулять без поводыря.
Из-за отсутствия зрения у многих слепых сильно развит слух. Однако здесь не просто отличный слух - Дэниел Киш, если так можно сказать, развил из него новое чувство, сумевшее заменить одно из пяти отсутствующих. С помощью щелчков языком он как бы посылает звук в пространство и по получаемому в ответ эху способен «увидеть» рельеф, расстояние до предметов, их форму и другие детали. Однако Дэниел Киш не остановился на достигнутом - он создал организацию World Access for the Blind и активно обучает сонарному зрению других слепых детей и взрослых.
Один из самых талантливых его учеников – Бен Андервуд, которому из-за рака удалили оба глаза в возрасте трех лет. Кроме него, невероятные результаты показывают и другие ученики Киша – Лукас Мюррей и Брайан Бушвей. Это ясно показывает, что далеко не полностью изучен человеческий мозг, особенности и возможности его выходят далеко за пределы тех навыков, которых большинству людей достаточно для повседневной жизни.
По предположениям ученых, в процессе эхолокации задействованы те участки мозга, которые у зрячих людей отвечают за преобразование сигналов глаз. В случае слепых они просто «перепрофилировались». Есть также теория, что сонарное зрение не является чем-то уникальным – подобные способности, просто совершенно не развитые, есть примерно у 5% человек. И научить им вполне можно и слепых, и зрячих.
Человеческий мозг: особенности и возможности
Этот относительно небольшой орган, который занимает лишь 2% от общей массы тела, тем не менее потребляет около 20% всего кислорода, который поступает в организм. С рождения и до смерти он никогда, ни на минуту, не прекращает своей деятельности. Человеческий мозг, возможности и способности которого по-прежнему превосходят самые современные компьютеры, способен запомнить в 5 раз больше информации, чем содержится в Британской энциклопедии. По некоторым подсчетам, ему по силам вместить от 3 до 1000 терабайт. Это и близко не сравнимо с тем, что сейчас существует в технике: к концу 2015 года планируется достичь емкости всего 20 терабайт. Раньше считалось, что у взрослого человека этот орган статичен — нейронные ткани остаются неизменными и могут только погибнуть, вырастить же новые организм не в состоянии. Однако к концу ХХ века благодаря исследованиям Элизабет Гуд стало понятно — на протяжении всей жизни организма продолжают вырастать новые нейроны и нервная ткань. Впрочем, возможности человеческого мозга не ограничиваются новыми нейронами. Бытовало мнение, что этот орган не способен восстанавливаться после повреждений и травм. Ученые из Каролинского университета и университета Лунда провели исследование, результаты которого могут перевернуть с ног на голову современные представления об этом. Согласно их исследованию, в местах, пораженных инсультом, организм может «выращивать» новые нейроны взамен поврежденных.
Человек с половиной мозга
В 14 лет Карлос Родригес попал в автомобильную аварию: машина, которую он вел, врезалась в столб, а он сам вылетел через лобовое стекло и «приземлился» на голову. В результате этого после операции он потерял около 60% мозга. Самое удивительное - то, что Родригес по-прежнему жив. Сейчас ему уже больше четверти века, и он продолжает жить обычной жизнью.
Хотя медицина шагнула далеко вперед по сравнению с тем, что было во время Финеаса Гейджа, такие повреждения все еще считаются очень серьезными. Кроме того, считается, что без мозга, всех его частей, человек жить не может или же живет, как «овощ».
Родригес, Гейдж и многие другие люди, пережившие серьезные травмы и потерю части мозга, доказывают, что современные взгляды и теории все еще ошибочны.
Искусственный мозг
Отдельная тема – биологические компьютеры. Это направление все больше ученых считает наиболее перспективным. Биотехнологии уже позволяют создавать экспериментальные системы, на которых тестируются механизмы взаимодействия нейронов или их аналогов с электронной компонентной базой. Первые результаты впечатляют.
Например, специалист в области нейробиологии Ош Агаби создал небольшой, но работающий биокомпьютер. В рамках проекта Koniku он разработал «живой» прототип 64-нейронной кремниевой микросхемы. Его «научили» распознавать запахи, наподобие пчел. Теперь дроны на его основе можно применять для поиска взрывчатых веществ, утечек вдоль трубопроводов, обследования сельхозугодий и прочее.
Агаби создал для нейронов подходящую биологическую среду, обеспечил их питанием и заработал механизм взаимодействия с электронной элементной базой. В планах:
- создание чипа на 500 нейронов для автопилота автомобилей;
- на 10 000 нейронов – для обработки изображений наподобие человеческого глаза;
- робота, управляемого чипом на 100 000 нейронов;
- самообучающегося компьютера на 1 миллион нейронов.
Соревнование на сверхспособности
За исключением профессиональных официантов и мнемоников, немногие способны запомнить двадцать не связанных друг с другом слов подряд. А несколько сотен слов за 15 минут? Кажущиеся невероятными возможности человеческого мозга – обычное дело для участников чемпионата мира по памяти, который каждый год собирает несколько десятков человек.
Участники подобных соревнований используют мнемонику – совокупность различных приемов и техник запоминания, которая позволяет развить обычные возможности человеческого мозга и сохранять в памяти информацию любого типа и почти любого размера.
Эти люди соревнуются в запоминании большого количества лиц и имен, цифр, абстрактных картинок, карт, случайных слов за ограниченное время: например, нужно запомнить, в какой последовательности шли в течение 15 минут абстрактные картинки. Или как можно больше случайных цифр в течение часа. Среди чемпионов этого необычного вида спорта – Доминик О’Брайен, Саймон Райнхард, Йоханнес Маллоу и Йонас фон Эссен.
Большинство чемпионов получили подобные способности регулярными тренировками – как уверяет Бен Придман, трехкратный чемпион мира по этой дисциплине, этого может добиться каждый. Однако такие сверхвозможности человеческого мозга бывают и врожденными – например, у мнемониста С. В. Шерешевского и американца Кима Пика.
Будущее за киберпанком
Создано много литературных произведений, комиксов и фильмов, в которых люди имплантируют себе различные электронные устройства для улучшения функционала организма. Это еще не киборги, но и обычными людьми их не назовешь.
Однако это уже не фантастика. Микрочипы-импланты используются уже давно в медицине для мониторинга состояния организма, получения оперативной информации об истории болезни, группе крови, аллергических реакциях, непереносимости лекарственных средств. Большинство из них бесконтактное, расположенное под кожей, но есть и с внешними интерфейсами.
Масштабные работы проводятся и в области мозга для повышения его эффективности. Например, разрабатываются микрочипы, вживляемые в мозг. Они позволят парализованным людям управлять компьютерами и мобильными устройствами, общаться с помощью составления слов из букв. Но больше всего ученых интересует возможность стимулирования мозговой деятельности, возвращения зрения слепым, усиления памяти и увеличения объема хранения информации. И на этом поприще сделано уже многое.
Головной мозг – сложное биологическое устройство, орган, состоящий из множества связанных между собой клеток и отростков. Если представить себе все связи в мозге в виде одной линии, то она была бы в 7-8 раз длиннее, чем расстояние от Земли до Луны. И в то же время это очень небольшой орган – у современного человека он весит от 1020 до 1970 грамм.
Феномен Циперовича
Однако упомянутые случаи – не самые удивительные. Есть явление, демонстрирующее еще более изумительные возможности человеческого мозга - феномен Цеперовича. Яков Цеперович – человек, который уже более тридцати лет не спит, мало ест и совершенно не стареет. Время словно остановилось для него – он и сейчас выглядит так же, как на фотографиях 70-х годов.
История этого человека началась в 1979 году – после сильного отравления он находился в состоянии клинической смерти, после чего впал в кому. Выйдя из нее спустя неделю, Яков обнаружил, что не может спать – даже лежать горизонтально у него не получалось. Врачи не могли ни объяснить, ни изменить это состояние – лишь через несколько лет, занявшись йогой и медитацией, Цеперович научился ненадолго принимать горизонтальное положение, но не для сна, а для полудремы.
До того случая Яков был обычным человеком – любил подраться, выпить, работал электриком. После начал интересоваться восточными практиками, разработал собственную систему упражнений. В последнее время живет в Германии.
Два судьбоносных прорыва
Тайны и возможности человеческого мозга долгое время оставались для исследователей больным вопросом. До недавнего времени они могли только строить теории о его работе, а сам орган удавалось наблюдать лишь во время вскрытия. Первый большой прорыв произошел, когда врачи научились имплантировать электроды непосредственно в мозг. Примерно тогда же стало понятно, как работает нейрон и как происходит передача данных по нервам и от одного нейрона к другому.
Второй большой шаг вперед случился, когда появились методы электроэнцефалографии, магнитоэнцефалографии, позитронно-эмисионной и функциональной магниторезонанской томографии. Они дали возможность «заглянуть» внутрь живого, работающего мозга. С помощью этих средств врачи и исследователи способны «увидеть», какие части мозга активны во время сна, разговора, мышления, появилась возможность отличать нормальную работу органа от его патологии, обнаруживать нарушения и ставить более точные диагнозы.
Человек и компьютер
Существуют расчеты, доказывающие, что вычислительная мощность мозга несоизмеримо выше компьютерных аналогов. Даже на фоне суперкомпьютеров сообщество нейронов в черепной коробке в супер-пупер раз мощнее. Но при этом мозгу явно недостает «оперативной памяти». А уж насколько плох наш «жесткий диск» – знают все, особенно когда надо выучить стихотворение или вспомнить номер телефона. Возможно, он тоже супер-пупер, но интерфейс извлечения данных из долгосрочной памяти не соответствует современным реалиям.
Многое может измениться на фоне совершенствования технологий искусственного интеллекта. Возможно, в ближайшие годы люди на свою голову могут научить машину не только оперировать огромными массивами данных, но и задаткам абстрактного мышления, самосознания, интеллекта. На подходе квантовые компьютеры, чья вычислительная мощность вполне может сравниться с человеческим мозгом.
Феномены науки
На протяжении человеческой истории случались многие вещи, которые сложно объяснить науке. Причем есть случаи, которые в буквальном смысле заставляют ученых почувствовать, что возможности человеческого мозга отнюдь не ограничиваются современными представлениями о нем.
Способность обрабатывать информацию
Умение обрабатывать информацию и приспосабливаться к обстоятельствам – еще одно свойство, которым обладает этот орган. Причем подобная приспособляемость заставляет подозревать скрытые возможности человеческого мозга у многих «обычных» людей. Способность воспринять и хранить неограниченное количество информации у Кима Пика или сонарное зрение у таких людей, как Дэниел Киш и Бен Андервуд, – лишь два примера подобных загадок.
Соревнование на сверхспособности
За исключением профессиональных официантов и мнемоников, немногие способны запомнить двадцать не связанных друг с другом слов подряд. А несколько сотен слов за 15 минут? Кажущиеся невероятными возможности человеческого мозга – обычное дело для участников чемпионата мира по памяти, который каждый год собирает несколько десятков человек.
Участники подобных соревнований используют мнемонику – совокупность различных приемов и техник запоминания, которая позволяет развить обычные возможности человеческого мозга и сохранять в памяти информацию любого типа и почти любого размера. Эти люди соревнуются в запоминании большого количества лиц и имен, цифр, абстрактных картинок, карт, случайных слов за ограниченное время: например, нужно запомнить, в какой последовательности шли в течение 15 минут абстрактные картинки. Или как можно больше случайных цифр в течение часа. Среди чемпионов этого необычного вида спорта – Доминик О’Брайен, Саймон Райнхард, Йоханнес Маллоу и Йонас фон Эссен. Большинство чемпионов получили подобные способности регулярными тренировками – как уверяет Бен Придман, трехкратный чемпион мира по этой дисциплине, этого может добиться каждый. Однако такие сверхвозможности человеческого мозга бывают и врожденными – например, у мнемониста С. В. Шерешевского и американца Кима Пика.
Зачем нужны биокомпьютеры
Неужели нельзя обойтись существующими средствами? Нет, нельзя. Даже, казалось бы, такая простая вещь, как прогноз погоды, требует запредельных вычислительных мощностей. До сих пор люди не научились делать его точным.
Пару лет назад ученые Японии и Германии попытались смоделировать на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров активность человеческого мозга. Им удалось достигнуть не более 1 процента возможностей «серого вещества» в секунду. Таким образом, классические компьютеры слишком слабы для решения глобальных задач. Например, таковым является моделирование лекарственных препаратов нового поколения, или расчета процессов ядерной и квантовой физики.
Можно ли научиться сверхспособностям
Не только ученых, врачей и «обычных» людей также интересуют возможности человеческого мозга – документальный фильм от ВВС, Discovery, сюжеты других телеканалов и съемочных групп неизменно находят зрителей.
Всевозможные тренинги, направленные на развитие личности или каких-то ее аспектов, также пользуются все большей и большей популярностью. Не исключение и довольно нетрадиционные и несанкционированные официальной наукой обучающие материалы от Вячеслава Бронникова или Мирзакарима Норбекова.
Огромную популярность имеют разнообразные методы из вотчины практической психологии. К примеру, проект, также развивающий возможности человеческого мозга, – «5 сфер». Здесь, в отличие от, к примеру, метода Бронникова, речь идет о вполне традиционных и вписывающихся в теории современной психологии советах.
Вполне возможно, что дальнейшие исследования ученых докажут и реальность альтернативного зрения, и возможность излечивать собственные болезни без современных медицинских технологий, простым усилием воли, и другие, считающиеся пока сверхъестественными, возможности. Ясно одно – в будущем нас ждет множество интересных открытий.
Два судьбоносных прорыва
Тайны и возможности человеческого мозга долгое время оставались для исследователей больным вопросом. До недавнего времени они могли только строить теории о его работе, а сам орган удавалось наблюдать лишь во время вскрытия. Первый большой прорыв произошел, когда врачи научились имплантировать электроды непосредственно в мозг. Примерно тогда же стало понятно, как работает нейрон и как происходит передача данных по нервам и от одного нейрона к другому. Второй большой шаг вперед случился, когда появились методы электроэнцефалографии, магнитоэнцефалографии, позитронно-эмисионной и функциональной магниторезонанской томографии. Они дали возможность «заглянуть» внутрь живого, работающего мозга. С помощью этих средств врачи и исследователи способны «увидеть», какие части мозга активны во время сна, разговора, мышления, появилась возможность отличать нормальную работу органа от его патологии, обнаруживать нарушения и ставить более точные диагнозы.
Многозадачность
Создание многоядерных процессоров – важное достижение человеческого гения. Многопоточность позволяет одновременно решать разные задачи. Еще не так давно юзеры радовались появлению двухъядерных процессоров, а сегодня в продаже уже доступны 64 и 72-ядерные монстры. Летом 2019 года специалисты Cerebras Systems представили самую большую в истории экспериментальную микросхему, насчитывающую 400 000 ядер.
Казалось бы, куда биологическим организмам до такой мощи. Человеческий мозг считается однопоточным. То есть, мы можем в единицу времени решать только одну задачу. Но на практике это не совсем так.
Еще в школе нам рассказывали о гении Юлии Цезаре, который одновременно мог делать 3 вещи одновременно: читать один текст, диктовать писарю совершенно другой и при этом слушать докладчика. Ученые говорят, что это миф. Что его мозг просто очень быстро переключался между задачами, но в единицу времени выполнял только одну операцию.
Но многим из нас знакома ситуация, когда решение некой проблемы или задачи приходит совершенно неожиданно. Это знаменитая архимедовская «Эврика!». Когда занимаешься чем-то другим, и внезапно снисходит озарение. Возможно, наш мозг работает вовсе не в однопроцессорном режиме.
Вероятно, где-то в глубине подсознания определенная группа нейронов продолжает работу над навязчивой проблемой, выстраивает логические цепочки, пока не совпадет верная комбинация. По аналогии с компьютером, это свернутая программа, которая работает в фоновом режиме. Пока мы смотрим фильм, задействуя, грубо говоря, одно ядро, второе и последующие проводят необходимые расчеты.
Человеческий мозг: особенности и возможности
Этот относительно небольшой орган, который занимает лишь 2% от общей массы тела, тем не менее потребляет около 20% всего кислорода, который поступает в организм. С рождения и до смерти он никогда, ни на минуту, не прекращает своей деятельности.
Человеческий мозг, возможности и способности которого по-прежнему превосходят самые современные компьютеры, способен запомнить в 5 раз больше информации, чем содержится в Британской энциклопедии. По некоторым подсчетам, ему по силам вместить от 3 до 1000 терабайт. Это и близко не сравнимо с тем, что сейчас существует в технике: к концу 2015 года планируется достичь емкости всего 20 терабайт.
Раньше считалось, что у взрослого человека этот орган статичен - нейронные ткани остаются неизменными и могут только погибнуть, вырастить же новые организм не в состоянии. Однако к концу ХХ века благодаря исследованиям Элизабет Гуд стало понятно - на протяжении всей жизни организма продолжают вырастать новые нейроны и нервная ткань.
Впрочем, возможности человеческого мозга не ограничиваются новыми нейронами. Бытовало мнение, что этот орган не способен восстанавливаться после повреждений и травм. Ученые из Каролинского университета и университета Лунда провели исследование, результаты которого могут перевернуть с ног на голову современные представления об этом. Согласно их исследованию, в местах, пораженных инсультом, организм может «выращивать» новые нейроны взамен поврежденных.
Финеас Гейдж: «человек с дырой в голове»
В середине XIX века произошел случай, который до сих пор не смогли объяснить ученые и медики: строитель Финеас Гейдж выжил, получив тяжелую рану и лишившись части мозга, после того как металлический лом прошил его голову. На тот момент Гейджу было 25 лет.
Штырь вошел ниже левого глаза и вышел из тела, пролетев еще несколько метров, оставив молодого строителя без хорошей части мозга. Однако он не умер. Более того, вскоре пришел в сознание, и его отвезли к доктору в ближайшую больницу. Врач наложил повязку и очистил рану от осколков - это было все, что медицина того времени могла предложить. Люди были уверены, что Финеас Гейдж умрет.
Через некоторое время развилась бактериальная инфекция, а также разрослась плесень. Тем не менее спустя примерно 10 недель пациент выздоровел – он сохранил память, ясное сознание и свои профессиональные навыки. Умер Финеас Гейдж в 1860 году, а этот поразительный случай так и не нашел однозначного объяснения.
Дэниэл Киш и человеческая эхолокация
Можно ли поверить в то, что человек способен ориентироваться на слух, словно летучая мышь? Что совершенно слепой человек сможет ходить без поводыря, без трости, без современных технических ноу-хау? И не просто ходить – бегать, играть в игры, заниматься спортом, ездить на горном велосипеде? Человеческий мозг, особенности и возможности Дэниела Киша позволяют ему это — он один из тех, кто освоил сонарное зрение, или человеческую эхолокацию.
Дэниел потерял способность видеть в очень молодом возрасте, вскоре после того, как ему исполнился год. Чтобы ориентироваться в пространстве, он начал использовать звуки – щелчки языком, эхо от которых возвращалось к нему и позволяло «увидеть» окружающее. Постепенно он усовершенствовал свою способность настолько, что мог делать все то же, что и обычные дети – играть в игры, ездить на велосипеде и, разумеется, гулять без поводыря.
Из-за отсутствия зрения у многих слепых сильно развит слух. Однако здесь не просто отличный слух — Дэниел Киш, если так можно сказать, развил из него новое чувство, сумевшее заменить одно из пяти отсутствующих. С помощью щелчков языком он как бы посылает звук в пространство и по получаемому в ответ эху способен «увидеть» рельеф, расстояние до предметов, их форму и другие детали. Однако Дэниел Киш не остановился на достигнутом — он создал организацию World Access for the Blind и активно обучает сонарному зрению других слепых детей и взрослых. Один из самых талантливых его учеников – Бен Андервуд, которому из-за рака удалили оба глаза в возрасте трех лет. Кроме него, невероятные результаты показывают и другие ученики Киша – Лукас Мюррей и Брайан Бушвей. Это ясно показывает, что далеко не полностью изучен человеческий мозг, особенности и возможности его выходят далеко за пределы тех навыков, которых большинству людей достаточно для повседневной жизни. По предположениям ученых, в процессе эхолокации задействованы те участки мозга, которые у зрячих людей отвечают за преобразование сигналов глаз. В случае слепых они просто «перепрофилировались». Есть также теория, что сонарное зрение не является чем-то уникальным – подобные способности, просто совершенно не развитые, есть примерно у 5% человек. И научить им вполне можно и слепых, и зрячих.
Головной мозг – сложное биологическое устройство, орган, состоящий из множества связанных между собой клеток и отростков. Если представить себе все связи в мозге в виде одной линии, то она была бы в 7-8 раз длиннее, чем расстояние от Земли до Луны. И в то же время это очень небольшой орган – у современного человека он весит от 1020 до 1970 грамм.
Ким Пик и Соломон Шерешевский
Соломон Шерешевский попал под наблюдение психолога А. Лурье, когда был достаточно молодым человеком – причем память его была феноменальной безо всяких тренировок. Его способ «сохранения» информации похож на известные сегодня приемы мнемоники. Создавалось впечатление, что объем его памяти не ограничен ничем. Единственной его проблемой было научиться забывать.
Этот человек обладал так называемой синестезией. Во всем остальном С. В. Шерешевский оставался вполне обычным. Не та ситуация с Кимом Пиком – он родился с определенными расстройствами, которые, впрочем, сами по себе не должны были сделать из него ни гения, ни больного. Однако уже в 16 месяцев ребенок научился читать, к трем годам освоил газеты, а к семи выучил Библию наизусть.
Данные в компьютере хранятся терабайтами, но, в отличие от человеческого мозга, машина не способна пока генерировать по своей воле новые картинки, фильмы, программы и файлы. Ей неведомо понятие фантазии, творчества, воображения.
Зато на жестком диске или в интернете можно за считанные секунды найти детальную информацию по требуемой теме с точностью до запятой. «Серое вещество» человека на это попросту не способно, за редким исключением феномена фотографической памяти. Так что эффективнее и мощнее: мозг или набор микросхем?
Сходства и различия
Что общего между компьютером и мозгом:
- оба оперируют данными посредством электрических импульсов;
- и тому и другому необходимо питание для работы;
- для обоих систем необходимы приемо-передатчики информации: уши, глаза, нервные окончания, микрофон, камера, клавиатура и т. д.
В чем их отличия:
Последний пункт является самым важным. Ибо без творческого начала невозможно двигать вперед цивилизацию.
Способность обрабатывать информацию
Умение обрабатывать информацию и приспосабливаться к обстоятельствам – еще одно свойство, которым обладает этот орган. Причем подобная приспособляемость заставляет подозревать скрытые возможности человеческого мозга у многих «обычных» людей. Способность воспринять и хранить неограниченное количество информации у Кима Пика или сонарное зрение у таких людей, как Дэниел Киш и Бен Андервуд, – лишь два примера подобных загадок.
Поиск по сайту
Мозг – устройство сложное; у людей он содержит порядка 100 млрд нейронов и около 100 триллионов соединений между ними. Его часто сравнивают с другой сложной системой с огромными возможностями решения задач: цифровым компьютером. В мозге и компьютере содержится большое количество элементарных единиц – нейронов или транзисторов, соответственно – подключенных к сложным схемам, обрабатывающим информацию, передаваемую электрическими сигналами. На глобальном уровне архитектуры мозга и компьютера немного похожи, поскольку состоят из практически отдельных контуров для ввода, вывода, центральной обработки, и памяти.
Кто лучше справляется с решением проблем – мозг или компьютер? Учитывая быстрое развитие компьютерных технологий в последние десятилетия, можно решить, что побеждает компьютер. И действительно, компьютеры разрабатывают и программируют с целью победы над человеческими мастерами в сложных играх, таких, как шахматы в 1990-х, и го, совсем недавно – а также в конкурсах на энциклопедические знания, таких, как телевикторина " Jeopardy! " Но пока что люди побеждают компьютеры во множестве задач, связанных с реальным миром – от способности различить на дороге велосипедиста или пешехода до поднятия со стола чашки с чаем и аккуратного перемещения её ко рту – не говоря уже о концептуализации и творчестве.
Почему же компьютер хорошо справляется с определёнными задачами, а мозг – с другими? Сравнения компьютера с мозгом помогали инженерам и нейробиологам разбираться в этом вопросе. Следующее сравнение было проведено на заре современной эры компьютеров, в небольшой, но влиятельной книге «Компьютер и мозг» [The Computer and the Brain] Джона фон Неймана , специалиста во многих областях науки, в 1940-х первым разработавшего схему компьютерной архитектуры, до сих пор служащую основой современных компьютеров. Давайте посмотрим на числа в этих сравнениях.
У компьютера есть огромные преимущества над мозгом в скорости базовых операций 1 . Сегодня персональные компьютеры способны выполнять такие элементарные арифметические операции, как сложение, со скоростью в 10 млрд операций в секунду. Скорость элементарных операций мозга мы можем оценить по элементарным процессам, при помощи которых нейроны передают информацию и общаются друг с другом. К примеру, нейроны активируют потенциалы действия – всплески электрических сигналов, запускающихся поблизости от клетки нейрона, и передающихся по его длинным ответвлениям, аксонам, связывающих его со следующими нейронами. Информация кодируется в частоте и времени начала этих всплесков. Максимальная частота активации нейрона составляет порядка 1000 всплесков в секунду. В другом примере нейроны передают информацию связанным с ними партнёрским нейронам, испуская химические нейромедиаторы в специальных структурах на концах аксонов, синапсах, а партнёрские нейроны превращают присоединение нейромедиаторов обратно в электрические сигналы, и этот процесс называют синаптической передачей . Самая быстрая синаптическая передача происходит за 1 мс. Поэтому, путём всплесков и синаптических передач, мозг способен выполнять максимум тысячу базовых операций в секунду, что в 10 млн раз медленнее компьютера. Предполагается, что арифметические операции должны преобразовывать ввод в вывод, поэтому скорость работы ограничена базовыми операциями коммуникаций нейронов, таких, как потенциалы действия и синаптическая передача. Но у этих ограничений бывают исключения. К примеру, нейроны с электрическими синапсами (связями между нейронами, не использующие химических нейромедиаторов) не выдающие всплески, в принципе способны передавать информацию быстрее, чем за миллисекунду; также на это способны события в дендритах, происходящие локально.
У компьютера также есть серьёзные преимущества перед мозгом в точности базовых операций. Компьютер способен представлять числа с любой нужной точностью при помощи битов, нулей и единиц, назначенных каждому числу. К примеру, 32-битное число имеет точность 1 к 232, или 4,2 млрд. Эмпирические свидетельства говорят о том, что большая часть чисел в нервной системе (к примеру, частота активации нейронов, которую часто используют как оценку интенсивности стимула) колеблется на величину в несколько процентов из-за биологического шума, то есть точность, в лучшем случае, равняется 1 к 100, что в миллионы раз хуже, чем у компьютера. Кстати, шум может служить индикатором того, что многие нервные процессы являются по сути вероятностными. Одни и те же стимулы могут вызывать разные последовательности всплесков электрической активности нейронов.
Однако подсчёты, осуществляемые мозгом, нельзя назвать медленными или неточными. К примеру, профессиональный теннисист может следить за траекторией мяча, летящего со скоростью до 260 км/ч, переместиться на оптимальное место на корте, поставить руку в нужную позицию и махнуть ракеткой, возвращая мяч на половину соперника – и всё это за несколько сотен миллисекунд. Более того, мозг способен на все эти задачи (с помощью тела, которое он контролирует), потребляя в десять раз меньше энергии, чем персональный компьютер. Как мозгу это удаётся? Важное отличие между компьютером и мозгом – это режим, в котором каждая из этих систем обрабатывает информацию. Компьютер выполняет задачи по большей части по последовательным шагам. Это можно видеть по тому, как программисты пишут код, создавая поток последовательных инструкций. Для каждого шага этой последовательности требуется высокая точность, поскольку ошибки накапливаются и усиливаются на каждом шаге. Мозг также использует последовательные шаги при обработке информации. В примере с теннисом информация переходит от глаз к мозгу, а затем в спинной мозг для управления сокращениями мускулов ног, туловища, руки и запястья.
Но мозг также использует и массивную параллельную обработку данных, пользуясь преимуществом в виде огромного количества нейронов и связей между ними. К примеру, движущийся теннисный мяч активирует множество клеток сетчатки, фоторецепторов, которые преобразовывают свет в электрические сигналы. Эти сигналы передаются множеству различных типов нейронов сетчатки. К тому времени, когда сигналы фоторецепторов пройдут через два-три синаптических соединения в сетчатке, информация о положении, направлении и скорости мяча уже извлечена параллельными нейронными контурами, и передана мозгу. Точно так же двигательная кора (часть коры мозга, отвечающая за сознательную моторику) параллельно отправляет команды для контроля сокращения мускулов ног, туловища, рук и запястья, так, что тело и руки одновременно занимают нужно положение, оптимальное для приёма мяча.
Эта массивно параллельная стратегия работает, поскольку каждый нейрон собирает входные данные и отправляет выходные множеству других нейронов – в среднем для млекопитающих по 1000 входящих и исходящих связей у каждого нейрона. А у каждого транзистора в сумме есть только три узла для входа и выхода. Информация от одного нейрона может идти по множеству параллельных путей. И в то же время, множество нейронов, обрабатывающих информацию, могут соединить свои выходные данные, направив их одному последующему нейрону. Это свойство особенно полезно для увеличения точности обработки информации. К примеру, информация, представленная единственным нейроном, может содержать шум (то есть, её точность порядка 1 к 100). Воспринимая входные данные от 100 нейронов, обрабатывающих одинаковую информацию, следующий по очереди нейрон уже может представлять информацию с более высокой точностью (в данном случае, 1 к 1000). Допустим, среднеквадратичное отклонение σсред для каждой единицы входных данных примерно соответствует шуму. Для среднего количества независимых входов n ожидаемое отклонение средних σсред = σ / √ n. В нашем примере σ = 0,01, а n = 100, поэтому σсред = 0,001.
У компьютера и мозга есть сходства и различия также в представлении их элементарных единиц. Транзистор использует цифровое представление информации с дискретными значениями (0 или 1). Всплеск аксонов – это тоже цифровой сигнал, поскольку нейрон в каждый момент времени либо активируется, либо не активируется, а когда он активируется, почти у всех всплесков оказываются примерно одинаковые величина и форма. Это свойство позволяет надёжно передавать всплески на большие расстояния. Однако нейроны также используют возможности аналоговых сигналов, представляющих информацию при помощи непрерывных значений. Некоторые нейроны (большинство нейронов сетчатки) не дают всплески, и их выходная информация передаётся ступенчатыми электрическими сигналами (которые, в отличие от всплесков, могут варьироваться по величине), которые способны передавать больше информации, чем всплески. Принимающий конец нейрона (обычно находится в дендритах) также использует аналоговые сигналы для интегрирования до тысячи входных сигналов одновременно, что позволяет дендритам выполнять сложные вычисления.
Ещё одно заметное свойство мозга, которое явно задействовано в примере с игрой в теннис, заключается в том, что силу связей между нейронами можно изменять в результате действий и опыта – этот процесс, как считается нейробиологами, является основой обучения и запоминания. Повторяющиеся тренировки позволяют нейронным контурам лучше настраиваться под выполнение задач, что серьёзно увеличивает скорость и точность.
За последние десятилетия инженеры вдохновлялись мозгом, чтобы улучшать компьютеры. Принципы параллельной обработки и модификации весов связей, зависящие от использования, включены в современные компьютеры. К примеру, в разработке компьютеров современной тенденцией служит увеличение параллелизма, например, использование нескольких процессоров (ядер) в одном компьютере. Ещё один пример — глубинное обучение, наука о машинном обучении и искусственном интеллекте, достигшая огромных успехов в последние годы, и отвечающая за быстрый прогресс в распознавании объектов и речи у компьютеров и мобильных устройств, было вдохновлено открытиями, связанными со зрительной системой млекопитающих. 2
Глубинное обучение, подражая зрительной системе млекопитающих, использует несколько слоёв, каждый из которых представляет всё более абстрактные свойства объекта (визуального или речевого), а веса связей между различными слоями подстраиваются при помощи обучения, а не за счёт инженерных усилий. Эти недавние подвижки расширили список задач, подвластных компьютерам. И всё же у мозга остаётся превосходящая компьютеры гибкость, обобщаемость и способность к обучению. По мере того, как нейробиологи будут открывать всё больше секретов мозга (чему помогает всё более активное использование компьютеров), инженеры смогут брать больше примеров для вдохновения у мозга, чтобы и дальше совершенствовать архитектуру и быстродействие компьютеров. Кто бы ни оказался победителем в выполнении конкретной задачи, это взаимное междисциплинарное оплодотворение несомненно продвинет как нейробиологию, так и вычислительную технику.
1. Patterson, D.A. & Hennessy, J.L. Computer Organization and Design (Elsevier, Amsterdam, 2012), 4th ed.
2. LeCun, Y. Bengio, Y., & Hinton, G. Deep learning. Nature 521, 436–444 (2015).
Ликан Люо – профессор Школы гуманитарных и точных наук, а также профессор нейробиологии в Стэнфордском университете.
Ким Пик и Соломон Шерешевский
Соломон Шерешевский попал под наблюдение психолога А. Лурье, когда был достаточно молодым человеком – причем память его была феноменальной безо всяких тренировок. Его способ «сохранения» информации похож на известные сегодня приемы мнемоники. Создавалось впечатление, что объем его памяти не ограничен ничем. Единственной его проблемой было научиться забывать.
Этот человек обладал так называемой синестезией. Во всем остальном С. В. Шерешевский оставался вполне обычным. Не та ситуация с Кимом Пиком – он родился с определенными расстройствами, которые, впрочем, сами по себе не должны были сделать из него ни гения, ни больного. Однако уже в 16 месяцев ребенок научился читать, к трем годам освоил газеты, а к семи выучил Библию наизусть. Неплохо описывают возможности человеческого мозга книги Дэниэла Таммета (который так же, как и Ким Пик, "савант", однако куда более социален и, в отличие от других, может объяснить, как именно делает подсчеты).
Ким Пик держал в голове карты американских городов, сотни произведений классической музыки, помнил несколько тысяч прочитанных книг. Все это было не просто «мертвым грузом» - он понимал имеющуюся в его памяти информацию, мог интерпретировать и использовать ее.
В 2002 году он начал играть на фортепиано, озвучивая многие произведения по памяти. Именно он вдохновил Барри Левинсона снять ставший знаменитым фильм «Человек дождя».
Биологический процессор
Впрочем, пока рано сдавать в утиль серое вещество и мчаться в кибермагазин за апгрейдом. Слишком мало мы знаем о самих себе. Да, наша «оперативная память» действительно слаба, как и «процессор». Но это лишь касается «видимой», сознательной части. Есть еще малоизученное подсознание, которое курирует все процессы в организме, фиксирует поступающие сигналы от нервной системы, коих несчетное количество.
Если скорость сознательного мышления составляет 2 Кбит в секунду на уровне компьютеров 80-х годов прошлого века, то подсознание в секунду обрабатывает до 4 Гбит информации. Более того, существует устойчивое мнение, что мозг не задействуется в полном объеме. Что у него еще есть колоссальные биологические резервы.
Конечно, это не совсем верно. Мозг – живой организм, невозможно часть его оградить и перевести в спящий режим. Он разделен на области, каждая из которой выполняет свою функцию: слух, зрение, речь, эмоции, планирование, усвоение навыков, абстрактное мышление и прочее. Но факт остается фактом – мозг можно тренировать так же, как мышцы. В частности, улучшать память, повышать навыки вычислений, концентрировать внимание.
Каждый хорош по-своему
И среди обывателей, и среди именитых ученых не утихают споры, касательно того, какая система на данный момент лучше: биологический «компьютер» в наших головах, миллионами лет совершенствовавшийся и продолжающий совершенствоваться эволюцией, или электронное устройство с процессором, жестким диском, оперативной памятью и пр., придуманное людьми?
На самом деле это под стать спору, кто и что лучше: творец или творение, курица или яйцо. На первый взгляд, ответ очевиден – творец. Но не стоит сбрасывать со счетов, что люди учитывают свое несовершенство, например, низкий уровень хранения информации, и пытаются компенсировать его достижениями науки и техники.
Читайте также: