Статья продается только в составе журнала

Мозг человека воспринимает информацию за счет анализа временных характеристик потока импульсов по миллиарду нервных клеток.

Наш мозг мощнее Гугла и работает лучше всех роботов вместе взятых. Мы можем моментально перебирать в уме огромное число событий и эмоций. Мы способны немедленно узнавать родителей, супругов, детей, друзей или домашних животных, днем и ночью, из любого положения. Даже наиболее продвинутые компьютерные системы с трудом справляются с подобными задачами. Нам не сложно одновременно заниматься несколькими делами, например, доставать носовой платок и протирать лоб во время разговора. Робот же, способный справиться с такой простой комбинацией действий, еще не создан.

Как мозгу все это удается? Внутри нашей черепной коробки расположены сложные сети – триллионы связей между миллиардами клеток, практически как в Интернете. Одно из преимуществ нашего мозга– высокая энергетическая эффективность: на взаимодействие одной нервной клетки с другой мозг затрачивает в миллион раз меньше энергии, чем нужно компьютеру для осуществления такой же операции. Очевидно, важную роль в достижении столь высокой энергетической эффективности сыграла эволюция.

Однако экономный расход энергии не может объяснить всего, особенно учитывая, что в конструкции мозга имеется большое количество встроенных ограничений. Например, один нейрон коры больших полушарий, отвечая на сигнал, полученный от другого нейрона, генерирует импульс за тысячную долю секунды – черепашья скорость по сравнению с транзисторами компьютера, производящими переключение за миллиардную долю секунды. Надежность нейронной сети также довольно низкая: сигнал, идущий от одного коркового нейрона к другому, пройдет только с 20% вероятностью. Еще меньше шансов у него распространиться дальше, к следующему нейрону.

Нейробиологи еще не до конца понимают, как мозг выбирает значимую информацию из всех проходящих через него сигналов. Нам с коллегами, однако, удалось сделать большой шаг вперед: мы сконцентрировали внимание на том, как мозг успешно использует синхронизацию импульсов для кодирования информации и быстрого решения сложных вычислительных проблем. Дело в том, что группа импульсов, возникающих одновременно, может нести значительно больше информации, чем то же количество импульсов, появляющихся не синхронно.

Предполагается, что исследования в этом направлении не только помогут понять, как устроен самый сложный мыслительный аппарат во вселенной, но и приведут к созданию совершенно нового типа компьютеров. Ученым уже удалось сконструировать «нейроморфную» электронную схему, имитирующую особенности нервной сети. На сегодняшний день мы можем создать устройство с миллионом электронных нейронов, но уже запланированы системы значительно большего масштаба. В будущем мы сможем производить нейроморфные компьютеры, которые работают намного быстрее современных, но потребляют значительно меньше энергии (см. Квабена Боахен «Нейроморфные микрочипы», В мире науки № 8, 2005 C. 36-44). 


ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: 

  • Менее полутора килограммов нервной ткани внутри черепа способны чувствовать, думать и действовать, как не способен ни один компьютер. Мозг достигает таких высот мышления в частности за счет точного временного распределения сигналов, которые пробегают через триллионы синапсов, образованных миллиардами клеток мозга.
  • Когда мы смотрим на цветочный горшок, определенные группы нейронов разряжаются почти одновременно, что вызывает активацию той части мозга, где регистрируется конкретный объект в определенный момент времени.
  • Если мы узнаем, каким образом временные характеристики импульсов используются в качестве кода, то это позволит лучше понять наше поведение и создать новые компьютеры и другие электронные приборы, работающие значительно эффективнее обычных цифровых устройств.