1 искусственный мозг: современное состояние и перспективы колесницкий олег константинович, к.т.н., доц., винницкий национальный технический университет, — презентация

Годы становления

Старший Уотсон пришел к управлению компанией в 1914 году и сразу же предложил снизить ассортимент выпускаемой продукции до минимума и сосредоточиться на главном направлении – производстве и совершенствовании больших табуляционных машин. Они пользовались спросом в связи с тем, что экономика развивалась бурными темпами, предприятия росли, как грибы. Возникала необходимость в быстром  решении учетных, складских, бухгалтерских, плановых,  статистических, инженерных задач. Примитивные деревянные счеты, арифмометры, логарифмические линейки этих задач эффективно решить не могли. Нужны были автоматические приемы решения стандартных задач. Эту работу и выполняли перфорационные, или табуляционные  машины.

С приходом опытного менеджера Уотсона дела фирмы резко пошли в гору.  В 1924 году  в связи со специализацией на выпуск вычислительной техники  компания CTR переименована в   IBM.

IBM 1130 Console

Компания IBM сегодня

Компания, ведомая сыном Уотсона, в который раз резко изменила направление своей деятельности. Начиная с нулевых годов 21-го века,  IBM поворачивается в сторону оказания консалтинговых услуг в области компьютерной техники и программного обеспечения. С этой целью она купила несколько компаний соответствующего профиля. В настоящее время эта деятельность приносит бо́льшую  часть доходов компании.

В свою очередь,  IBM продала  часть своего бизнеса другим компаниям, в частности, производство персональных компьютеров отдано китайской компании «Леново».

Компания усиленно развивает деятельность, связанную с искусственным интеллектом, с облачными когнитивными технологиями  анализа и прогнозирования в таких областях, как:

• телекоммуникации;
• торговля;
• прогноз погоды;
• здравоохранение,
• создание лекарственных препаратов;
• финансы.

Глубокие исследования  ведутся в области создания квантового компьютера, чьи возможности на несколько порядков выше ныне существующих. Уже созданы экспериментальные образцы.

Сегодня IBM – это 315 тысяч квалифицированных рабочих мест, 155 миллиардов долларов капитализации,  90 миллиардов долларов  годовой прибыли. Это Нобелевские лауреаты, работающие в ее лабораториях. Компания, как говорится, уверенно идет в будущее.

Description: «. Эта компания олицетворяет научный, интеллектуальный и технологический потенциал Соединенных Штатов Америки. Ее значение для страны и для всего мира можно сравнить разве что со значением фирмы «Форд» для мирового автостроения».

Любой суперкомпьютер не сравним с человеческим мозгом

5 июня 2008 |
Опубликовал: admin

Компьютеры любой мощности не сравнятся по емкости с человеческим мозгом

Интересно, что для создания компьютера потребовались чрезвычайно высокая концентрация интеллекта и точнейшая лабораторная техника. Тем не менее, компьютеры любой мощности не сравнятся по емкости с человеческим мозгом. Хотя кора головного мозга имеет толщину менее 0,5 см, но она содержит около 15 000 км соединительных волокон на 1 куб.см.

Как пишут Известия исследователям удалось вычислить информационную емкость отдельно взятого человеческого мозга, и она оказалась куда большей, чем в любом созданном до сих пор компьютере.

«Наибольший производительность в современных суперкомпьютерах — около 478,2 триллионов операций в секунду (число с 13 нулями), возможности человеческого мозга, выражаются числом с 8432 нулями», — говорят ученые, опубликовавшие свои расчеты в журнале Brain and Mind.Напомним, что на данный момент самым быстрым суперкомпьютером в мире считается машина под названием BlueGene/L, максимальная производительность которой равняется 478,2 терафлопс или 478,2 триллионов операций в секунду. Несмотря на то, что IBM Blue Gene/L построена из компонентов с низким энергопотреблением, общая потребляемая мощность все равно измеряется мегаваттами, а только плата за электричество составляет до 1,2 млн долл в год. Этого достаточно, чтобы поддерживать жизнедеятельность многотысячного города. Стоимость проекта по строительству Blue Gene/L оценивается в сумму, превышающую 100 млн. долл.

Как не парадоксально, но в 2007 г. ученые использовали мощности суперкомпьютера BlueGene L чтобы исследовать и сэмулировать работу мозга… мыши. В ходе работы была сэмулирована только половина мышиного мозга (!). Как отмечают исследователи, это создавало жуткий объем вычислений и требовало огромных ресурсов памяти вычислительной системы.

Нейрон мозга

В ходе эксперимента BlueGene L работал в лаборатории в течение 10 секунд на скорости в десять раз медленнее, чем в обычных условиях при решении ресурсоемких задач. Это соответствовало примерно одной (!) секунде работы мозга грызуна в реальных условиях, сообщают ученые. 

Несмотря на то, что какие-то элементы мыслительной деятельности мозга мыши удалось сымитировать, как отмечают исследователи, до сходства с реальной деятельностью мозга компьютерной модели еще далеко, поскольку не удалось воссоздать структуры нервных соединений, которые работают в реальном мозгу мыши. Работа над этим может оказаться намного сложнее и дольше, чем этот небольшой опыт.

Фактически, независимо от того, где и на каком уровне биологической организации исследуется сложность феномена жизни, можно прийти к такому же заключению, что и доктор Майкл Дентон, австралийский специалист по молекулярной биологии: «Это абсолютная универсальность совершенства: тот факт, что куда бы мы ни посмотрели, мы обнаруживаем изящность и изобретательность абсолютно превосходящего свойства, что, несомненно, свидетельствует против идеи случайности возникновения жизни». 

Сеттлеретика: возможно ли переселение?

Сеттлеретика (по аналогии с кибернетикой, и от англ. settler — переселенец) наука о непрерывном и регулярном «переселении» (т.е. перемещении информационного содержания) сознания и личности, из стареющего мозга в резервный мозг (мозг молодого тела – биоклона, или в искусственный нейрокибернетический мозг киборга), с достижением этой личностью практического бессмертия. Сеттлеретика должна решить две задачи: в первую очередь найти методы съема этой информации (т.н. uploading), а во вторую – записать информацию в естественный или искусственный носитель (т.н. downloading).

Что касается первой задачи, то главный вопрос здесь таков: возможно ли существование сознания в отрыве от биологического тела? Ответ, скорее всего, положительный. По одной из популярных теорий сознание – это не материя, а функция высокоорганизованной материи. Оно существует в виде закодированной информации, сосредоточенной в головном мозге человека, преимущественно в неокортексе (наиболее позднего, «высшего» отдела головного мозга; у человека поверхность неокортекса занимает 95,6% всей поверхности коры головного мозга). При этом со стороны законов природы не должно быть запрета на «перемещение» личности и сознания на другой материальный носитель, потому что информация инвариантна
относительно своего носителя, как материального, на котором эту информацию кодируют, так и идеального, то есть самого кода.

Uploading: моделирование человеческого мозга

Компания IBM одна из первых предприняла попытку моделирования человеческого мозга вплоть до молекулярного уровня. Организаторы проекта надеются, что создаваемая ими модель позволит лучше понять некоторые аспекты работы человеческого разума, такие как восприятие, память и, может быть даже, собственно, сознание.

В проекте используется мейнфрейм Blue Gene с производительностью 22,8 триллионов операций с плавающей точкой в секунду, что в принципе позволяет работать в режиме реального времени. Помимо демонстрации процесса «электрического кодирования» воспринимаемой мозгом окружающей его «реальности», проект может оказать определенную помощь в выявлении «сбойных» участков мозга, появление которых влечет за собой развитие психических расстройств вроде аутизма, шизофрении и различных депрессивных состояний.

Ключевой частью проекта станет самая полная в мире компьютерная модель неокортекса и собственно мозга. Чтобы справиться с огромным объемом данных, генерируемых в ходе проекта, группа опирается на инструменты визуализации, которые помогают находить и помечать интересные результаты для будущих исследований. Учёные приобрели суперкомпьютер у SGI для создания небольшого медиацентра, где отображаются 3D-модели позволяющие сразу оценивать значение данных. Пока группа учёных написала два пакета программ для когнитивных вычислений. 3D-модели отображают примерно 10% из 10 тыс. возбуждаемых нейронов, но с новыми, закупленными в этом году компьютерами, имитация должна стать в 1000 раз лучше. Что
позволит, например, углубляться в клетку и изучать процесс возбуждения нейрона.

И все же некоторые ученые выражают сомнение в достижении экспериментом эффективных результатов в ближайшее десятилетие. Огромный объем данных, генерируемых проектом, просто нельзя будет проанализировать. Однако ни у кого не возникает сомнений, что с появлением достаточной вычислительной мощности создать работающую модель головного мозга не составит труда. По крайне мере? обойдется дешевле, чем новая операционная система от Microsoft.

Связанные проекты

Кахал синий мозг

Magerit суперкомпьютер (CeSViMa) проекта Cajal Blue Brain

Проект Cajal Blue Brain координируется Мадридским техническим университетом и использует возможности Мадридского центра суперкомпьютеров и визуализации и его суперкомпьютера Magerit (CeSViMa). Институт Кахала также участвует в этом сотрудничестве. Исследования в Cajal Blue Brain сосредоточены на неврологических экспериментах и ​​компьютерном моделировании. Здесь важную роль играют нанотехнологии в виде недавно разработанного микроскопа для мозга. В дополнение к UPM и CSIC, проект включает двенадцать других научных групп из различных испанских исследовательских институтов и организаций: Институт биомедицинских исследований Барселоны под руководством Высшего совета исследований (CSIC), Университет Кастилии Ла-Манча , Университет Рей Хуана Карлоса , Университет Паис Васко , Университет Лас-Пальмас-де-Гран-Канария , Госпиталь Рамон-и-Кахаль-де-Мадрид и Госпиталь Карлоса Хайя де Малага .

документальный

В 2020 году выйдет 10-серийный документальный фильм режиссера Ноа Хаттона. Каждая часть посвящена годовому разделу работы над проектом Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL). Съемки начались в 2009 году, также упоминаются и другие подобные исследовательские проекты.

Ментальный взлом

Известный журналист Куинн Нортон в серии своих статей провёл интересные исследования на тему апгрейда человеческого тела – о том, какие операции особенно популярны в современной медицине. По мнению автора, процедуру апгрейда можно рассматривать как самое настоящее хакерство, потому что в результате «взлома» человек получает доступ к недокументированным возможностям своего организма.

В Америке наших дней самыми распространёнными модификациями являются хирургические операции, в том числе косметическая хирургия, а также приём препаратов, которые меняют химический состав тела. Речь идёт не о лечении заболеваний, а именно об усовершенствовании организма

Растёт популярность лекарства от синдрома гиперактивности и нарушенного внимания под названием Adderall – отпускаемого исключительно по рецепту медикамента, который стимулирует внимание и повышает работоспособность. Кроме того, миллионы американцев принимают антидепрессанты, сильно меняющие психологию

Это тоже можно рассматривать в каком-то смысле как взлом своего тела на ментальном уровне.

Исследователи из Гарварда и Монреаля в настоящее время испытывают лекарство, которое сможет подавлять избранные воспоминания в человеческом мозге. Опытный психиатр при помощи вещества Propranolol сможет провести фильтрационную зачистку памяти – выбрать то, что нужно оставить, и попытаться блокировать ненужный шлак.

С каждым годом растёт количество людей, желающих изменить свою психику и сознание всеми доступными способами. Последние достижения в этой области связаны всё же не с химическими препаратами, а с компьютерами…

Краткая история возникновения нейронных сетей

Задумываться над построением нейронных сетей люди начали с развитием нейрофизиологии. Чем больше информации получали ученые о процессах, происходящих в их собственном мозге, тем более широкие перспективы открывались перед нейронными сетями. Главной проблемой вплоть до конца XX века являлось отсутствие серьезных массивов данных – исследователям приходилось в основном работать с текстами, строить семантические карты языков, учить программы распознавать синтаксические структуры и т.д.

Все изменилось с появлением и распространением интернета. Сегодня для обучения нейронных сетей доступны огромные массивы данных, включая мультимедиа-библиотеки. Благодаря такой базе, люди могут вкладывать меньше труда в создание программ, используя обучаемость нейронных сетей. Например, в ПО для перевода PROMT было вложено огромное количество трудо-часов лингвистов и программистов, тогда как сервис Google Translate уже в ближайшем будущем сможет предоставлять более качественный результат при гораздо меньших усилиях со стороны авторов, основываясь на гигантской базе текстов.

Blue Gene/C (Cyclops64)

Проект Cyclops64 был начат в ответ на разработку Earth Simulator — (система разработана Японским агентством аэрокосмических исследований и Японским институтом ядерных исследований в 1997 для исследования эффекта глобального потепления и решения проблем геофизики).

Cyclops64 является совместным проектом Департамента энергетики США (который частично финансирует проект), Министерства обороны США, промышленных корпораций (в частности, IBM) и академий.

Архитектура была придумана победителем Seymour Cray Award Деннеем Монти, который и в настоящее время руководит проектом.

Картирование и моделирование мозга мыши

Генри Маркрам сопоставил типы нейронов в пределах мозг мыши и их связи между 1995 и 2005 годами.[нужна цитата ]

В декабре 2006 г. в Синий мозг проект завершил моделирование крысы неокортикальный столб. Колонка неокортекса считается наименьшей функциональной единицей неокортекс. Неокортекс — это часть мозга, которая, как считается, отвечает за функции высшего порядка, такие как сознательное мышление, и содержит 10000 нейронов в мозгу крысы (и 108синапсы ). В ноябре 2007 г. Проект сообщил о завершении своей первой фазы, предоставив управляемый данными процесс создания, проверки и исследования неокортикальной колонки.

An искусственная нейронная сеть описывается как «такой же большой и сложный, как половина мозга мыши» был запущен на IBM Синий ген суперкомпьютера исследовательской группой Университета Невады в 2007 году. Каждая секунда смоделированного времени занимала десять секунд компьютерного времени. Исследователи утверждали, что наблюдали «биологически непротиворечивые» нервные импульсы, проходящие через виртуальную кору. Однако в моделировании отсутствовали структуры, наблюдаемые в мозге реальных мышей, и они призваны повысить точность моделей нейронов и синапсов.

Другие сферы деятельности IBM

В 90-ых годах двадцатого столетия корпорация уступила первенство в производстве персональных компьютеров фирме «Microsoft». «Голубой гигант», как иногда называют IBM, занялся производством   мейнфреймов.  Это стационарные компьютеры повышенной надежности, где дублированы важнейшие системы вычислительной  машины. Мейнфреймы устанавливаются в военных ведомствах, органах государственной власти, на атомных станциях,  на других объектах повышенной опасности или секретности, в офисах крупных компаний, где имеются технологические секреты и так далее.

Кроме этого, корпорация IBM  выпускало и другое оборудование:

1. Рабочие станции с процессорами повышенного качества.
2. Серверы.
3. Расчетно-кассовые терминалы;
4. Принтеры промышленного применения.
5. Ноутбуки и настольные компьютеры.

Корпорация продолжала вести исследовательские и конструкторские разработки принципиально новых видов компьютерной техники.

Рождение первых компьютеров

Вычислительные машины пятидесятых годов прошлого столетия уже не использовали перфоленты, на которых были записаны программы действий. Теперь проводниками команд были уже электрические сигналы.

Уже в 1943 году  был создан первый аппарат «Марк 1», который по своим функциям можно  было уже назвать компьютером. Его вес составлял около 5 тонн.

В 1952 году появляется   «IBM 701» –  большой ламповый  компьютер. Он  был еще неуклюж,  еще громоздок, но он уже осуществлял прямую и обратную связь с человеком, что и характеризует компьютер.

Начался долгий, нескончаемый, кропотливый путь совершенствования  этих универсальных аппаратов, способных помогать человеку во многих ситуациях и способствующих развитию абсолютно всех отраслей человеческой деятельности.

В 1981 году компания IBM  представила первый персональный компьютер «IBM PC». Теперь без компьютера не обходится практически ни одна  цивилизованная семья. Компания создала и  совершенствовала все элементы компьютера:

• Жесткий магнитный диск;
• Гибкий диск;
• Дискету;
• Шину;
• Разъемы;
• Штекеры;
• Довела быстродействие персонального компьютера до миллиардов операций в секунду;

Усовершенствования, которые внесла IBM в конструкцию компьютера, трудно перечислить, настолько они многочисленны.

Цели

Проект « Человеческий мозг» должен создать новые инструменты, чтобы лучше понять мозг и его основные механизмы, применить эти знания в области медицины и помочь создать вычисления будущего.

Информационные и коммуникационные технологии играют центральную роль в проекте. Суперкомпьютеры должны быть в состоянии собирать нейробиологические данные со всего мира в модели и симуляции человеческого мозга. Проект направлен на создание интерфейса между генетической информацией, молекулярными реакциями, биологией и механизмами мышления.

Проект также направлен на создание новой платформы медицинской информатики для тестирования компьютерных моделей заболеваний и улучшения диагностики, изучения основных механизмов и ускорения разработки новых методов лечения.

Другая цель проекта — использовать преимущества лучшего понимания функционирования мозга для разработки более эффективных информационных и коммуникационных технологий, вдохновленных механизмами человеческого мозга. Ожидаемые выгоды — лучшая энергоэффективность, повышенная надежность и программирование сложных компьютерных систем.

По словам Генри Маркрама, проект « Человеческий мозг» примечателен, в частности, обменом и коммуникацией, которые он генерирует в научном сообществе. Благодаря аденоме простаты десятки тысяч ученых из своих дисциплин сотрудничают в крупномасштабной работе над мозгом. Он надеется, что компьютерные предположения о нейронном поведении достаточно хороши, чтобы начать делать предположения более высокого уровня о возникающих структурах мозга.

Проект Human Brain Project изучает, как работает мозг, с помощью обратной инженерии . Идея полной симуляции человеческого мозга подробно описана Ником Бостромом в его книге « Суперинтеллект: пути, опасности, стратегии» .

цели

В конце 2007 года была завершена важная промежуточная цель проекта: в Blue Column была достигнута цель полностью смоделировать неокортикальный столбик на клеточном уровне. Колонки неокортекса имеют высоту 2 мм и диаметр 0,5 мм. У человека они содержат около 60 000 нейронов . Синий столбец относится к крысам, чьи корковые столбики содержат около 10 000 нервных клеток и около 10 8 синапсов .

Моделирование выходит за рамки концепции искусственной нейронной сети : оно основано на биологически правдоподобных и сложных моделях нервных клеток различных типов . Неокортикальный симулятор (NCS), разработанный Филом Гудманом, используется в сочетании с программным обеспечением NEURON Майкла Хайнса . Моделирование будет рассчитано на суперкомпьютере BlueGene . Синяя колонка должна быть внедрена в течение 2-3 лет, а затем протестирована с рядом эмпирических данных.

В дальнейшем развитие будет продолжено по двум направлениям:

Моделирование кортикального столба на молекулярном уровне, например, Б

изучить важность экспрессии генов

Упрощение моделирования с целью получения возможности объединить в сеть большое количество опор и моделировать их параллельно. Конечная цель — смоделировать полный неокортекс , который у человека состоит примерно из 1 миллиона кортикальных столбов.

В 10-летней перспективе различные исследователи по всему миру должны иметь возможность создавать свои собственные модели различных областей мозга и загружать их в базу данных в Интернете. Программное обеспечение Blue Brain должно объединить эти модули друг с другом и использовать их для создания первой симуляции полного мозга. Для этого необходимо решить несколько нерешенных вопросов.

Caenorhabditis elegans (аскариды)

Карта мозга из C. elegans аскариды 302 нейрона, связанных между собой 5000 синапсов

Возможность подключения нейронной цепи для сенсорной чувствительности простого C. elegans нематода (аскарида) была нанесена на карту в 1985 г. и частично смоделирована в 1993 году. С 2004 года было разработано множество программных симуляторов всей нервной и мышечной системы, включая симуляцию физической среды червя. Некоторые из этих моделей доступны для загрузки. Однако до сих пор отсутствует понимание того, как нейроны и связи между ними генерируют удивительно сложный диапазон поведения, наблюдаемый в относительно простом организме. Этот контраст между кажущейся простотой того, как отображенные нейроны взаимодействуют со своими соседями, и чрезмерной сложностью общей функции мозга, является примером возникающая собственность. Этот вид эмерджентного свойства имеет параллели внутри искусственные нейронные сети, нейроны которых чрезвычайно просты по сравнению с их часто сложными абстрактными выходами.

Примеры нейронных сетей

Искусственный интеллект и нейронные сети уже довольно прочно вошли в нашу жизнь. Во время тестирования в 2012 году чат-бот «Евгений Густман», имитирующий мальчика-одессита, сумел убедить более 20% экспертов в том, что он является реальным человеком. Уже через 3 года «Соня Гусева» обманула 47% судей. Эффективность подобной нейронной сети в интернет-маркетинге, например, сложно переоценить.

Помните, в фильме «Я, робот», где герой Уилла Смита спрашивал машину, сможет ли она сочинить симфонию или создать шедевр искусства? В 2016 году ученые университета Хакодате в Японии создали программу, которая самостоятельно написала книгу «День, когда компьютер пишет роман». Эта книга вошла в финал литературного конкурса, обойдя 1450 авторов-людей.

Загрузка сознания

Загрузка сознания – термин, знакомый всем студентам-первокурсникам. Это когда после найт рейв-пати сразу идёте на экзамен по матанализу, взбодрившись алкогольным энергетиком :). В науке и научной-фантастике под «загрузкой сознания» понимают гипотетическую технологию, позволяющую после сканирования синаптических структур серого вещества перенести сознание из головного мозга на другой носитель.

Точное сканирование мозга порождает огромное количество информации о том, что происходит в нашем теле в психологическом, физиологическом и химическом плане, когда мы радуемся или грустим (либо же испытываем стресс, ярость, чувство любви, желание убить, духовный подъем или стремление бескорыстно помогать людям). Но можно ли воссоздать в результате сканирования не точную копию нашего сознания, а именно нас самих? На этот вопрос у ученых пока нет ответа, но исследования уже ведутся. Например, об эксперименте с подключением нервной системы человека к компьютеру можно почитать в журнале Wired.

Сторонники трансгуманизма уверены, что человеческий вид не является концом нашей эволюции, а скорее, ее началом. Предположим, что нам удалось снять кальку с человеческого сознания, не разрушив при этом мозг, и поместить её на адекватный носитель, с тем, чтобы структура человеческого мозга была полностью сохранена. Будет ли это шагом к бессмертию? Ведь полученная копия человеческого разума, возможно, не более чем копия, которая отныне может жить своей долгой жизнью, тогда как владелец оригинального разума состарится и умрет.

В некоторой степени проблемы, возникающие с идентификацией копии сознания, можно обойти, если сделать процесс переноса сознания плавным. Для этого, к примеру, можно вставить чип с телекоммуникационными возможностями в голову человека, и по мере биологического старения мозга, передавать чипу все больше замещающих полномочий. В этом случае, в момент физической смерти, независимого человеческого сознания уже не будет, и проблему с идентификацией можно считать решенной.