人类的大脑

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人脑的计算能力是什么呢?通过复制人脑部分区域的功能,我们已经做出了一些估计。一旦判断出一个特定区域的计算能力,我们就可以推断出这个能力是由大脑哪一部分形成的。这些估计是基于功能模拟得出的,它复制了一个区域的整体功能,而不是模拟该区域每一个神经元及其之间的连接。

虽然不想依赖任何单一的计算,但我们还是发现,对各个不同区域的各种评估都为整个大脑提供了合理的估计。接下来是数量级的估计,这意味着我们正试图确定的适当的数字,与事实也相差10多倍,事实上,通过不同的方式得出同样的答案,进一步证明了这个估计在比较精确的范围内。

卡内基·梅隆大学的著名机器人专家汉斯·莫拉维茨,已经分析了由视网膜内的神经图像处理电路完成的转换。视网膜宽约2厘米,厚约0.5毫米。视网膜大部分的厚度是专门用来捕捉图像的,只有1/5是用于图像处理,其中包括区分深色和浅色以及在该图像大约100万个小区域中检测移动。

根据莫拉维茨的分析,视网膜每秒钟执行1 000万次的图像边缘检测和移动检测。基于几十年建造机器人视觉系统的经验,他估计每一次重现人类的视觉检测需要机器执行约100条指令,这意味着复制视网膜这一部分的图像处理功能需要1,000MIPS。视网膜上这一部分的神经元重量为0.02克,而人类大脑的重量是它的 75,000倍。因此要实现人脑的全部功能,估计需要每秒钟执行1014条指令。

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即使人类神经元的创意是非常奇妙的,但是我们不会(也没有)使用同样缓慢的方法进行电路设计。尽管自然选择进化的设计非常巧妙,但是它们的能力还是比我们设计的电路的能力低好几个数量级.......

人类复杂的神经元大部分用于维持生命保障功能,而不是它的信息处理能力。最终,我们会使神经处理过程变得更加适合计算,那时我们的思维空间将不再一直这么小了。

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大脑恢复能力很强,健康的神经元往往能担负起受损或死亡细胞的责任。当受损的细胞开始建立新的神经元网络,就进入复原阶段。要了解复原情况必须研究神经细胞的运作,大脑中有上千亿神经细胞,他们各自伸出长而包有髓鞘的神经纤维彼此相连。身体右半边的资讯送入大脑左半球,相反的,右脑控制左半边身体的行动。大脑其他区域各担任其他不同任务,分别有视觉区、触觉区、动作区、语言区。另外,只有左脑配备控制语言的神经网络,如若左脑受损,病患可能会丧失语言能力,并且身体右半边完全瘫痪。通常来说,中风患者的恢复情况会在一两年内成型,但也不乏一些奇迹的出现,这就需要患者的家人和医生付出无法描述的耐心与专业,有些时候多年后大脑仍表现出改善迹象。脑神经元可能继续重建线路、改造网络,进而整个大脑功能随之改善,值得一提的是,大脑所受刺激越多重建线路会越快。

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2.5要素图视觉过程的第二阶段,通过符号处理,将线条、点和斑点以不同的方式组织起来而获得2.5维图。视觉过程的这一阶段也称为中期视觉。所谓2.5维图指的是在以观察者为中心的坐标系中,可见表面的法线方向、大致的深度以及它们的不连续轮廓等,其中用到的基元包括可见表面上各点的法线方向、和各点离观察者的距离(深度)、深度上的不连续点、表面法线方向上的不连续点等等。由于2.5维图中包含了深度的信息,因而比二维要多,但还不是真正的三维表示,所以得名2.5维图。

视觉的这一阶段,按马尔的理论,是由一系列相对独立的处理模块组成的。这些处理模块包括:体现、运动、由表面明暗恢复形状、由表面轮廓线恢复形状、由表面纹理恢复形状等。它的作用是揭示一个图像的表面特征。马尔声称,早期视觉加工的目标就是要建立一个2.5维的要素图,这是把一个表面解释为一个特定的物体或一组物体之前的最后一步。

大脑活动

15瓦  成人的大脑一天只消耗250-300千卡。也就是说,一个重量介于1300-1400克(成人大脑的平均重量)的大脑的功率约为15瓦特。大脑所消耗的能量相当于2个大香蕉的能量。虽然并不是很多,但与身体总消耗的能量相比,确实是很多,因为完全运转的身体的功率才70瓦特。

如能把大脑的活动转换成电能, 相当于一只20瓦灯泡的功率。

根据神经学家的部分测量,人脑的神经细胞回路比今天全世界的电话网络还要复杂1400多倍。

每一秒钟,人的大脑中进行着10万种不同的化学反应。

人体5种感觉器官不断接受的信息中,仅有1%的信息经过大脑处理,其余99%均被筛去。

大脑神经细胞间最快的神经冲动传导速度为400多公里/小时

大脑的四周包着一层含有静脉和动脉的薄膜,这层薄膜里充满了感觉神经。但是大脑本身却没有感觉,即使将脑子一切为二,人也不会感到疼痛。

人的大脑平均为人体总体重的2%,但它需要使用全身所用氧气的25%,相比之下肾脏只需12%,心脏只需7%。神经信号在神经或肌肉纤维中的传递速度可以高达每小时200英里。

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RF:

人类大脑的计算能力

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人脑

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