“Cérebro humano

versus

Computador digital”

O cérebro humano possui uma rede de neurónios (células nervosas) que formam um sistema de processamento de informação em redeextremamente potente.

E isso é um contraste com os computadores convencionais, nos quais um único processador desempenha sequências de instruções (algoritmos).

Os dois hemisférios cerebrais (o direito e o esquerdo)

hemisférioesquerdo

hemisfériodireito

hemisférioesquerdo

hemisfériodireito

Os dois hemisférios cerebrais (o direito e o esquerdo)

Rede neuronal

Representação de um neurónio.

Um neurónio

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 camadasdo córtex.

Este sistema simples é responsável pela maioria das funçõesrealizadas pelo cérebro humano.

A capacidade de realizar funções complexas surge com a operação em paralelo de todos os 10

11 neurónios do nosso cérebro.

Human brainversus

Digital computer

Cérebro humano versus Computador digital

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.

x

De forma geral, quanto maior é a importância de uma tarefa para a sobrevivência da espécie, mais o seu corpo se apresenta otimizadopara essa tarefa, em relação às características físicas e biológicas, tais como

Mouse

Chimpanzee

Human

o tamanho do corpo e

o consumo de energia

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.

Em termos de memorização de factos arbitrários, o cérebro é muito piorque 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 humanoé superior ao computador digital de hoje.

Isto ocorre porque o nosso cérebro tem a memória endereçadapor conteúdo enquanto o computador digital tem a memória endereçada pela posição.

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

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.

A velocidade de operação dos computadores digitaisé muito superior à do cérebro humano, cerca de 106 mais veloz.

Processadores digitais trabalham na ordem de

nanossegundos (10–9s)

para executar uma instrução que os nossos neurónios levam alguns

milissegundos (10–3s).

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

Enquanto que o computador digital executa programas grandes de forma sequencial, uma instrução depois da outra,

o cérebro humano executa em paraleloo equivalente a um número muito grande de pequenos programas.

computadores têm poucos processadores mas de altíssima complexidade

neurónios são simples mas são muitos ( milhares de milhões)

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 (1011 de neurónios)

Cada neurónio pode estar conectado a muitos outros neurónios.

Com respeito à complexidade dos processadores:

Entretanto, eles trabalham com uma grande inter-conectividade.

No computador digital os processadores são poucos mas são de elevada complexidade enquanto que no cérebro humano os processadores são muitos (1011 neurónios) mas são muito simples e de baixa precisão (os neurónios).

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).

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”.

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.

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.

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

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.

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 controloou 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.

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.

Resumindo, as principais diferenças no processamento da informação

computador digital x cérebro humano

elementos processadores

1014 sinapses

108 transístores

processing elements

1014 synapses

108 transistors

tamanho dos elementos

10-6 m

10-6 m

element size

10-6 m

10-6 m

uso de energia

30 W

30 W (CPU)

energy use

30 W

30 W (CPU)

velocidade do processamento

100 Hz

109 Hz

processing speed

100 Hz

109 Hz

forma de calcular

paralela, distribuída

serial, centralizada

style of computation

parallel, distributed

serial, centralized

tolerância à falhas

Sim

Não

fault tolerant

Yes

No

aprendizado

Sim

muito pouco

learns

Yes

a little

inteligente, consciente

sim (normalmente)

não (ainda)

intelligent, conscious

yes (usually)

not (yet)

Felippe de Souzafelippe@ubi.pt

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