大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

由於學數學這些東西沒有什麼進化優勢。在許多有進化優勢的方面,人腦都比電腦要強大得多。

比如這麼一個人臉:

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

如果問你:這是誰?你多半可以回答上來,至少也能做出“我認識她”,“我見過她”之類的這個判斷。而且雖然他們平時見到的這個人和這張照片有很明顯不同,但認識她的人可以在一秒之內回答這個問題,甚至再變形一點也沒關係。現在就這一點,計算能力多強大的電腦也搞不定。別說這個,就連更容易計算的指紋識別也達不到一般人認臉的準確率。這是因為長期的進化為人腦預裝了“人臉識別模塊”。

比如這麼一個很二的動態系統:

二十一個大自由度,

兩百多個個小自由度,

六百多個執行機構,自身的穩定性超爛無比而且很多子系統之間耦合度還很強。

面對這樣一個系統,你就算找世界上最頂級的控制論專家團隊,外加上幾百個節點的超算集群,也無法做到實時進行負重戰立、走路、跑步、上下坡、躲避障礙物等“簡單”功能

(如果你還不能理解這個的難度,下次試試攙一個爛醉如泥的人回家,你會發現:走五十米所要消耗的能量比你控制自己的身體走五千米還要多)。而人不但能幹這些事情,而且還只用了很少一部分大腦,在幹這個的同時能夠打電話,背單詞,跟路過的人打招呼,解數學題……這是因為長期的進化為人腦預裝了“穩定站立和走路”這一模塊。

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

比如這麼一個畫面:

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

如果在現場看比賽,那麼在你的眼睛裡的這個場景的分辨率大約有兩億像素,大約相當於19000*11000的樣子,比藍光清晰一百倍。藍光視頻壓縮一小時大概是10GB,照這樣計算我們眼睛裡看到的世界,一小時就是1TB的數據,每天就最少是10TB的數據。一個星期的數據就能塞滿和大腦體積大小差不多的磁盤陣列,而大腦可以不間斷存儲幾十年,能自動壓縮,去重,備份重要數據,能隨機提取、按場景提取、按特徵提取……就算技術發展到今天,我們依然需要用幾十個機櫃來解決這樣的問題,而且在某些方面上性能還相差很遠——比如一個人可以在幾秒鐘之內回憶起三十年前重要事情的細節:比如三十年前第一次去現場看歐洲豪門比賽,心愛的球隊被領先兩個球的時候隊長臉上細微的表情。而要電腦幹這個事情兩個小時也不一定有結果。這是因為長期的進化為人腦預裝了“視覺壓縮和記憶”這一模塊。

如果在現場看比賽,那麼在你的眼睛裡的這個場景的分辨率大約有兩億像素,大約相當於19000*11000的樣子,比藍光清晰一百倍。藍光視頻壓縮一小時大概是10GB,照這樣計算我們眼睛裡看到的世界,一小時就是1TB的數據,每天就最少是10TB的數據。一個星期的數據就能塞滿和大腦體積大小差不多的磁盤陣列,而大腦可以不間斷存儲幾十年,能自動壓縮,去重,備份重要數據,能隨機提取、按場景提取、按特徵提取……就算技術發展到今天,我們依然需要用幾十個機櫃來解決這樣的問題,而且在某些方面上性能還相差很遠——比如一個人可以在幾秒鐘之內回憶起三十年前重要事情的細節:比如三十年前第一次去現場看歐洲豪門比賽,心愛的球隊被領先兩個球的時候隊長臉上細微的表情。而要電腦幹這個事情兩個小時也不一定有結果。這是因為長期的進化為人腦預裝了“視覺壓縮和記憶”這一模塊。

比如這麼一段簡短的對話:

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

如果有人告訴你“it's time for us to take a break.”,你在絕大多數情況下能馬上理解這是你的學生要求課間休息,下屬想休假,狐朋狗友告訴你他沒法再喝了,還是女朋友在暗示你她想一個人靜一靜(假定你懂英語的話)。你也可以輕鬆根據每種情況以及其它相關的信息(比如課程進度、公司規定、你自己還想不想喝酒、女朋友跟你關係怎麼樣。)組織一百種不同的回答。而且關鍵的是,每一種回答無論在語法、語義、語用、邏輯、情感等方面都毫不顯得突兀。但是反過來,就算把全世界所有的計算能力都交給最頂尖的自然語言處理學者,他們也沒法讓電腦做到這一點。這是因為人的大腦預裝了“語言”模塊。

這樣的例子還有很多。重點不是人腦有這些很牛的功能,而是人腦能輕鬆地同時完成這些功能——比如揹著五千克的書包爬坡的同時認出了一個你的老朋友,然後邊走邊聊並將這個場景記憶了下來,而且普通人並不會覺得這會讓大腦由什麼負擔(其實同時大腦在此同時還在幹著許多其它事情,比如不斷地調節著人的呼吸、心跳、呼吸、內分泌等一系列複雜的生化過程等)。而可怕的是人腦不但能輕鬆完成這許多工作,而且還十分節能環保,靠自帶電池只需要補充電解液就能續航好幾天。

更可怕的是人還可以學習:從認識新的面孔到學習跳舞,從掌握新的語言到理解足球戰術,人都可以學得會。後面這兩點更是電腦遠遠比不上的。深藍能戰勝國際象棋高手,但是在人臉辨識方面基本上就是白痴——而且如果沒有人去修改這個程序,它將永遠都會在其它方面是這個樣子。

回到原先的問題:人腦非常很強大,但是為何就做不了複雜的數字計算呢?

人腦非常很強大,但是面對複雜而多變的自然環境,就必須預裝許多模塊來應對。不這樣的話,人早就掛了

(想想一下如果一個人一直認不出自己的父母,無法讀取時間稍長的記憶,或是無法跟他人用語言交流會怎麼樣?)。

至於複雜一點的數學題算得多快,卻對人的生存能力的影響微乎其微。並且人腦在預裝了這些模塊用完了這些計算資源之後,剩餘的計算能力雖然稱得上小康,但卻遠遠沒有達到可以隨便任性的程度。所以人可以努力讓某些任務完成得非常好,但是全部都是經過艱苦卓絕的訓練,通過對大腦剩餘的計算能力重新“編程調試”得來的,而這些“編程調試”工作的完成者,還都只是你自己一個人而已。

(實際上做數學題做得好的那些電腦,背後也是許多高水平的程序員辛苦編程調試的結果,一臺沒有裝任何軟件的計算機是連1+1都做不了的。)

大腦內有 1千億神經元,但為什麼大腦的數學運算能力不如計算機?

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