Cérebro humano versus Computador digital

Transcrição

1 Cérebro humano versus Computador digital

2 O cérebro humano possui uma rede de neurónios (células nervosas) que formam um sistema de processamento de informação em rede extremamente potente. E isso é um contraste com os computadores convencionais, nos quais um único processador desempenha sequências de instruções (algoritmos).

3 hemisfério direito hemisfério esquerdo Os dois hemisférios cerebrais (o direito e o esquerdo)

4 hemisfério direito hemisfério esquerdo Os dois hemisférios cerebrais (o direito e o esquerdo)

5 Rede neuronal

6 Representação de um neurónio.

7 Um neurónio

8 O Neurónio Os neurónios estão localizados principalmente no córtex cerebral, a substância cinzenta do cérebro. Os neurónios estão portanto interligados uns aos outros formando uma rede. Os neurónios podem receber entradas de milhares de outros neurónios e podem transmitir sinais atravessando as camadas do córtex.

9 Este sistema simples é responsável pela maioria das funções realizadas pelo cérebro humano. A capacidade de realizar funções complexas surge com a operação em paralelo de todos os neurónios do nosso cérebro.

10 Human brain versus Digital computer

11 Cérebro humano versus Computador digital x O cérebro pode ser visto como um processador analógico flexível com uma capacidade de memória muito grande, e que foi otimizado pelo processo de evolução no decorrer de vários milhões de séculos para executar tarefas que são importantes para a sobrevivência em um lugar específico.

12 De forma geral, quanto maior é a importância de uma tarefa para a sobrevivência da espécie, mais o seu corpo se apresenta otimizado para essa tarefa, em relação às características físicas e biológicas, tais como o tamanho do corpo e o consumo de energia Human Chimpanzee Mouse

13 O sistema nervoso humano é um bom exemplo deste facto: Por exemplo, para a realização de operações aritméticas, um cérebro tem apenas uma fração do poder de processamento de uma calculadora de bolso antiga. Entretanto, ao se considerar o problema da visão, um cérebro tem o poder de processamento de muitos de computadores.

14 Em termos de memorização de factos arbitrários, o cérebro é muito pior que o computador digital de nossos dias. Mas considerando a memória associativa para acontecimentos do mundo real, tal como lembrar o nome de uma pessoa dada uma descrição parcial com algumas pistas falsas, então o cérebro humano é superior ao computador digital de hoje. Isto ocorre porque o nosso cérebro tem a memória endereçada por conteúdo enquanto o computador digital tem a memória endereçada pela posição.

15 Muitos problemas de engenharia são eficientemente resolvidos por procedimentos algoritmos convencionais implementados em computadores digitais. Por outro lado, certos problemas onde a computação digital convencional não é muito adequada, as Redes Neuronais Artificiais são ferramentas que podem ser utilizadas

16 As diferenças principais no processamento da informação entre o computador digital e o nosso cérebro são: a velocidade de processamento; o modo de processamento; o número e a complexidade dos processadores; o armazenamento de conhecimentos; a tolerância a danos; e o controlo do processamento.

17 A velocidade de operação dos computadores digitais é muito superior à do cérebro humano, cerca de 10 6 mais veloz. Processadores digitais trabalham na ordem de nanossegundos (10 9 s) para executar uma instrução que os nossos neurónios levam alguns milissegundos (10 3 s).

18 Quanto ao modo de processamento: o computador digital é serial enquanto que o do nosso cérebro é paralelo.

19 Enquanto que o computador digital executa programas grandes de forma sequencial, uma instrução depois da outra, o cérebro humano executa em paralelo o equivalente a um número muito grande de pequenos programas.

20 Com respeito ao número de processadores: No computador digital as instruções são realizadas em poucos processadores enquanto que no cérebro humano são em um número muito maior (10 11 de neurónios) neurónios são simples mas são muitos ( milhares de milhões) computadores têm poucos processadores mas de altíssima complexidade

21 Com respeito à complexidade dos processadores: No computador digital os processadores são poucos mas são de elevada complexidade enquanto que no cérebro humano os processadores são muitos (10 11 neurónios) mas são muito simples e de baixa precisão (os neurónios). Entretanto, eles trabalham com uma grande interconectividade. Cada neurónio pode estar conectado a muitos outros neurónios.

22 Quanto ao armazenamento de conhecimentos: Em um computador digital um determinado item de informação é armazenado em uma posição de memória específica (memória localizada). Por outro lado no cérebro humano a informação está distribuída nas sinapses (memória distribuída).

23 Nenhuma sinapse contém um item inteiro e cada sinapse pode contribuir para a representação de vários itens de informação. Além disso: um computador digital utiliza a memória endereçada pela posição, enquanto que o cérebro humano utiliza memória endereçada pelo conteúdo.

24 Ou seja, o nosso cérebro possui uma memória distribuída, que é lembrada usando partes do seu conteúdo como as chaves de endereçamento. Isso tem a vantagem de ser mais resistente à danos, pois a perda de algumas unidades de memória, (neste caso as sinapses ), não acarreta uma distorção severa na informação armazenada.

25 Tal tolerância a danos é conhecida na literatura como graceful degradation (isto é, degradação suave ), que significa que no cérebro humano o desempenho diminui de forma suave, a medida que os danos aumentam.

26 Por outro lado, em um computador digital o desempenho pode interromper de forma abrupta pois uma falha do processador, ou a corrupção de um bit de memória pode facilmente resultar em falha total do sistema.

27 Entretanto, se um computador fosse construído com a arquitetura do nosso cérebro, com memória distribuída, teria a desvantagem de que quando alguma informação precisasse ser atualizada, o processo seria mais oneroso, pois várias posições físicas de memória precisariam de ser alteradas.

28 Em um computador digital existe um sinal de relógio que é usado para sincronizar todos os componentes. No cérebro humano não existe uma área responsável por controlo ou sincronização de todos os neurónios. Por esta razão o nosso cérebro é as vezes citado como um exemplo de um sistema anárquico, pois não existe nenhuma estrutura que monitora ou coordena as atividades dos nossos neurónios.

29 Resumindo, as principais diferenças no processamento da informação computador digital x cérebro humano a velocidade de processamento; o modo de processamento; o número e a complexidade dos processadores; o armazenamento de conhecimentos; a tolerância a danos; e o controlo do processamento.

30 elementos processing processadores elements synapses sinapses 10 8 transístores transistors

31 tamanho element dos elementos size 10-6 m 10-6 m

32 uso energy de energia use 30 W 30 W (CPU)

33 velocidade processing do processamento speed 100 Hz 10 9 Hz

34 style forma of computation de calcular paralela, parallel, distributed distribuída serial, centralizada centralized

35 tolerância fault tolerant à falhas Sim Yes Não No

36 aprendizado learns Sim Yes muito a little pouco

37 inteligente, intelligent, consciente conscious sim yes (normalmente) (usually) não not (ainda) (yet)

38 Obrigado! Thank you! Felippe de Souza