brain-in-bytes

Tohle je Váš mozek v bajtech

pavelkabrt Fakta pro stvoření Napsat komentář

David Coppedge

(Z Creation-evolution-headlines přeložil M. T. – 3/2011)

Žijeme v době, kdy člověka z některých věcí jímá závrať. Některé články se pokouší kvantifikovat informační kapacitu oka, mozku i světa vůbec. Připraveni? Tak zapojte mozek.

Překvapení skrytá v oku

Vaše oko obsahuje asi 120 milionů tyčinek a 6 milionů čípků. Představuje-li každý tento receptor jeden pixel, dostaneme pro obě oči 2 x 126 milionů pixelů čili 252 megapixelů. A pozor – jedná se přitom o pohyblivé obrázky, nikoli statické fotografie (a k tomu všemu s vysokým rozlišením).

Jak může mozek přenést a zpracovat tolik vizuální informace? Jak bylo zjištěno, používá kompresi – stejně jako počítače komprimují prvotní snímky z fotoaparátu na obrázky JPEG, se kterými se dá poté lépe pracovat. Toto je název jednoho článku v ScienceDaily: „JPEG pro naši mysl: jak mozek komprimuje vizuální informace“ (1). Článek začíná slovy:

  • „Mozek nemá takovou přenosovou kapacitu či paměť, aby byl s to zpracovat megapixely obrazů, které mu zrak za celý život zprostředkovává. Proto musí vybírat pouze ty informace, které jsou pro pochopení viditelného světa nejdůležitější.

Vědci z univerzity Johns Hopkins zjistili, že jisté buňky na přenosové cestě obrazu zaostřují zřejmě naši pozornost na vysoce zakřivené styčné plochy, které poskytují nejvíce informací, a ignorují okraje neostré – což umožňuje 8násobně zvýšit kompresní poměr a přiblížit ho tak algoritmu JPEG. Zraková komprese však probíhá v průběhu vjemu, tedy v reálném čase, během procesu přenosu obrazu. Pouťové umělce asi nadchne následující zjištění v závěru odborné stati:

  • „Počítače nás mohou porazit v matematice a v šachu“, řekl Ed Connor z univerzity Johns Hopkins, „nedosáhnou však naší schopnosti rozlišit, poznat, porozumět, zapamatovat si a manipulovat předměty, které tvoří náš svět.“ Tuhle bytostně lidskou schopnost umožňuje mimo jiné zhušťování vizuální informace na zpracovatelnou úroveň. Neboť se zdá, alespoň prozatím, že mozkový formát je nejlepším známým kompresním algoritmem.

Překvapení skrytá v mozečku

Váš mozeček (malý mozek, blízko mozkového kmene) hraje důležitou roli v motorice, emocích a řeči. Live Science (2) tvrdí, že jeho kabeláž působí zprvu „překvapivě mizerně“, protože axony snažící se připojit na neurony někdy zabloudí na Purkyňovy buňky. „Mizerná kabeláž“ může však být jen mizerným pohledem pozorovatele, protože mezinárodní tým zjistil, že „látka známá jako kostní morfogenetický protein 4, která se účastní vývoje kostí, pomohla tyhle chyby napravit.“

Jeden z vědců publikujících v PLoS Biology to vysvětlil takto (3): „Prokázali jsme tu negativní systém odvracející axony od nesprávného cíle a směrující je na cíl správný.“ Pokud to funguje, lze o tom říci, že je to mizerné? Autoři konstatovali: „Stručně řečeno, zjistili jsme, že specifičnosti synaptických spojení v pontocerebrálním okruhu se dosahuje rozsáhlou eliminací přechodných synapsí.“ To však vzbuzuje zajímavou otázku: co tyhle regulátory reguluje?

Překvapení nad naší pamětí

Soustřeďte se na pointu. Článek v LiveScience (4) se pokusil specifikovat okamžik, kdy převážilo skladování informací v digitální formě nad formou analogovou. V roce 2000 bylo asi 75% světových informací uloženo v analogové formě (např. na papíře, analogových páscích, analogových zvukových nahrávkách). V roce 2007 bylo naopak 93% informací uloženo digitálně (v počítačových souborech, na digitálních páscích, formou digitálních nahrávek). Digitální informace lze kvantifikovat ve známých bitech, bajtech, megabajtech, gigabajtech, yottabajtech…(4)

Teď, když můžeme digitálně kvantifikovat informace, je možno odhadnout množství veškerých lidmi vytvořených informací na světě. Roku 2007 to bylo 295 trilionů megabajtů (295*10^18 bajtů čili 295 exabajtů), podle Martina Hilberta z Univerzity Jižní Karolíny. Než se dostaneme k pointě, ocitujme některé názorné příklady uvedené v článku:

  • Dělá Vám potíže představit si 295 trilionů megabajtů? Hilbert navrhuje, abychom postupovali takto: „Kdybychom místo každého bitu vzali zrnko písku, potřebovali bychom 315krát tolik písku, kolik ho obsahují všechny dnešní pláže na světě nebo 18 300 CD pro každou osobu na Zemi, což by při poskládání vedle sebe stačilo na poloviční cestu k Marsu.“

A teď pointa: tohle neuvěřitelně velké množství informací představuje „pouhých 0.33 procenta informací, které mohou být uloženy ve všech molekulách DNA dospělého člověka.“

Překvapení skrytá v mozku

Netočí-li se Vám ještě dostatečně hlava, přidáme nakonec výpočet publikovaný na serveru Wired Science (5). Autor John Timmer z Ars Technica navázal na práce Hilberta a Lópeze a odhadl výkonnost lidského mozku. Po několika ohromujících analogiích stavících na spojené výkonnosti všech světových počítačů, záložních médií a pamětí skončil článek dalším překvapením. Za prvé, Hilbert a López odhadli celkovou výkonnost všech světových počítačů na 6.4*10^18 operací za sekundu. Pak Timmer napsal:

  • Aby nás nepřemohla pýcha nad naší technologickou zdatností, provedli jsme některá srovnání s biologií. Abychom si uvědomili patřičné souvislosti svých výpočtů, uvědomme si, že shora uvedený výkon lidmi vyrobených univerzálních počítačů za rok 2007 je přibližně na téže úrovni jako maximální počet nervových podnětů proběhlých v jednom lidském mozku za sekundu“. Celková kapacita úložného prostoru všech našich médií odpovídá kapacitě paměti DNA jednoho dospělého člověka. A na planetě žije několik miliard lidí.

Teď si můžete dát na hlavu ledový obklad a provést restart.

Odkazy

1. Johns Hopkins University (2011, February 11). JPEG for the mind: How the brain compresses visual information. ScienceDaily. Retrieved February 15, 2011, from www.sciencedaily.com /releases/2011/02/110210164155.htm

2. Parry, W. /2011, February 8/. Brain development may start with surprisingly bad wiring. LiveScience. Retrieved February 15, 2011, from www.livescience.com/12777-brain-development-start-surprisingly-badwiring.html

3. Kalinovsky A, F. Boukhtouche, R. Blazeski, C. Bornmann, N. Suzuki, et al. 2011. Development of axon-target specificity of ponto-cerebellar afferents. PLoS Biol 9(2): e1001013. doi:10.1371/journal.pbio.1001013

4. Leontiou, A. (2011, February 10). Humanity’s shift from analog to digital nearly complete. LiveScience. Retrieved February 15, 2011, from www.livescience.com/12816-humanity-shift-analog-digital-complete.html

5. Ars Technica (2011, February 11). World’s total CPU power: one human brain. Wired Science. Retrieved February 15, 2011, from www.wired.com/wiredscience/2011/02/world-computer-data/

Komentujte

Please Přihlásit to comment
  Subscribe  
Upozornit na