Agy

 

        Akik elég régóta itt vannak a Földön, azok tapasztalták, hogy a változások sebessége egyre nő az idő múlásával. Ez egy exponenciális növekedés, amely minden evolúciós folyamatra jellemző, tehát az ember által teremtett technológiára is.

        Az exponenciális növekedés szinte észrevétlenül kezdődik, majd, ha nem figyelünk oda, váratlan dühvel kirobban. Ha odafigyelünk, akkor legfeljebb nem ér váratlanul, de hogy kirobban, az tuti. Talán egyeseket már az a kijelentés is váratlanul ér, hogy az információ alapú technológiák néhány évtizeden belül elsajátítják az összes emberi ismeretet és jártasságot, végső soron az emberi agy képességeit, érzelmi és erkölcsi intelligenciáját. Mielőtt valaki elkezd tiltakozni, előbb olvassa el a következő sorokat.

        A legismertebb exponenciális trend, Moore törvénye néven vált ismertté. A fickó megállapította még az 1970-es évek elején, hogy egy integrált áramkörre rázsúfolható tranzisztorok száma kétévente megduplázódik. Tapasztaljuk, hogy eddig igaza volt és a trend tovább folytatódik. A lavinahatást csak felerősítik az ebből származó következmények: az áramkörök gyorsabbak, mert az elektronoknak kisebb távolságot kell megtenniük, az előállítási költségek is exponenciálisan csökkennek, a tervezési újítások látványosan növelik a kapacitást.

       Általánosságban, az információtechnológiai teljesítmény duplázódási ideje, a legfontosabb mérőszámainak – a másodpercenként elvégzett utasítások (műveletek) száma (MIPS), és az egységárra eső számítási sebesség (MIPS/1000$) – alapján, kb. egy év nagyságrendű. Például a mikroprocesszoros rendszerek esetében, a MIPS-ben mért processzor teljesítmény minden 1,8 évben duplázódik meg, és az árak felezési ideje 1,6 év. Ha figyelembe vesszük a mind erősebb utasításkészletet, a tárolókapacitás (memória) óriási megnövekedését, a jobb szoftvereket és más egyéb tényezőket, akkor a duplázódási idő még ennél is kisebb lesz.

        Oda jutottunk, hogy egy mai átlagos számítógép tízezerszer nagyobb számítási sebességet biztosít (1000 MIPS) százezerszer kisebb áron, mint a legfejlettebb számítógép 1970-ben. Az arány egy a milliárdhoz. Mai szemmel ijesztőnek tűnik ez a változás, pedig még nem is értünk az exponenciális gyorsulási görbe térdéig sem. Ha így folytatjuk (de nem így fogjuk, hanem sokkal gyorsabban), a személyi számítógépek egy évtizeden belül elérik az emberi agy kapacitását, de lehet, hogy még korábban is, attól függően, hogy mennyire jól becsüljük fel az emberi agy kapacitását. Lássuk, hogyan is állunk ezen az oldalon.

        Az emberi agy egy kis hatékonyságú, elektrokémiai alapokon felépülő, digitális vezérlésű analóg számítási folyamatot alkalmaz, amely az idegsejtek közötti kapcsolatokban lassú, kb. másodpercenkénti kétszáz műveletes sebességgel zajlik, ugyanakkor azonban elképesztő képességekkel rendelkezik párhuzamos háromdimenziós felépítése miatt. Az emberi agy számítási teljesítményére nagyon sok becslés született, ezek a már visszafejtett agyterületek működésének a modellezésén, szimulálásán, vagy akár lemásolásán alapulnak. A különböző agyterületekre vonatkozó becslések összességében meglehetősen jó közelítő eredményt adnak az egész agy viszonylatában. Csak egy pár példát ragadok ki a több kötetet kitevő fejtegetések közül, még a forrásmunkákat sem ismertetem, a laikus olvasók kedvéért. 

- Elemezték a retinában levő képfeldolgozó idegsejt hálózat által végrehajtott transzformációkat. Eszerint a retina másodpercenként tízmillió határvonal- és mozgásérzékelést végez. Úgy becsülik, hogy körülbelül száz gépi utasítást kell végrehajtani ahhoz, hogy az érzékelés emberi szinten megtörténjen, tehát a retina képfeldolgozó funkciójának a lemásolásához 1000 MIPS-re van szükség. Az emberi agy kb. 75.000-szer nehezebb, mint a retina e részében található 0,02 grammnyi idegsejt, s ez alapján az agy egészére vetítve a becslést, annak teljesítménye kb. 10exp14 utasítás másodpercenként.

- Egy másik becslés az emberi hallórendszer régióinak funkcionális szimulációjára vonatkozik. Az egyik fontos jellemző, amit az emberek egy hangforrás helyének a meghatározására használnak az az időeltérés, amivel a hangok a két fülbe eljutnak. Becslések szerint másodpercenként 10exp11 utasítás szükséges az emberi hangforrás-lokalizálás eléréséhez. Az ezért a folyamatért felelős agykérgi területek legalább az agyi idegsejtek 0,1 százalékát teszik ki, tehát ismét a kb. 1000 x 10exp11 = 10exp14 utasítás per másodperchez jutunk el.

- Egy további becslést egy 10.000 idegsejtet tartalmazó kisagyi terület funkcionalitását szimuláló kísérlet szolgáltatott. Ehhez 10exp8 utasításra volt szükség másodpercenként, vagyis idegsejtenként kb. 10exp4 utasításra. Ha ezt extrapoláljuk az agy összes idegsejtjére, ezek számát 10exp11-re becsüljük (egyeseknek kevesebb van), akkor kb. 10exp15 utasítás végrehajtására van szükség a teljes agy esetében.

- Az agy funkcionális szimulációja esetén az idegsejtek közötti kapcsolatok számát idegsejtenként 10exp3-ra becsülik. Az összes kb. 10exp11 neuronnal számolva ez kb. 10exp14 kapcsolatot jelent. Öt milliszekundumos kisülési idővel számolva kb. 10exp16 szinaptikus tranzakció történik másodpercenként. Mivel kb. 10exp3 számításra van szükség ahhoz, hogy szimuláljuk a dendritek és egyéb idegsejt területek nemlineáris működését, ezen a szinten kb. másodpercenként 10exp19 művelet végrehajtásával lehet szimulálni az emberi agy működését. Figyelembe véve, hogy kb. 10exp4-szer kisebb számítási kapacitással tudjuk lemásolni az egyes agyterületek funkcionalitását, mint ami ahhoz kell, hogy az egyes idegsejtek és alkotóelemeik pontos nemlineáris működését szimuláljuk, akkor megint 10exp15 utasítás per másodperchez jutunk.

        Ezek a becslések mind hasonló nagyságrendűek (10exp14-10exp15 utasítás másodpercenként), de mivel az emberi agy visszafejtésének még korai szakaszában vagyunk, a továbbiakban számoljunk az ovatosabb10exp16 értékkel. Hasonló becslések alapján – az egyes szakértői területeken elsajátított tudásdarabok 10exp7 becsült száma és a tudáselemenkénti becsült 10exp6 bit alapján – az ember funkcionális memóriájának a teljes kapacitása kb. 10exp13 bit lehet.

        A mai személyi számítógépek számítási kapacitása, mint fentebb ismertettem, meghaladja a másodpercenkénti 10exp9 utasítást. Az IBM szuperszámítógépe, a Blue Gene, jelenleg 3,6x10exp14 számítást tud elvégezni. Ez már most nagyobb, mint a legalacsonyabb becslés, de a Blue Gene ezen kívül még rendelkezik száz terra byte (10exp15 bit) tárolókapacitással, ami több, mint amennyi memória a fenti becslések szerint az emberi agy funkcionális emulálásához szükséges.

        Igaz ugyan, hogy a számítási teljesítménynek is határt szabnak a fizika törvényei, de még a jelenlegi tudásunk szintjén is még 70-80 évig lehetővé teszik az exponenciális növekedés folytatását, ezért a fejlődés exponenciális ütemét jól ki tudjuk számolni az évszázad végéig.

Akkor most számoljunk:

        A szuperszámítógépek a következő évtized elején el fogják érni az emberi agy funkcionális emulálásához szükséges másodpercenkénti 10exp16 számítási teljesítményt. Az emberi agy számítási teljesítménye, legalábbis hardver viszonylatban, 2020 körül ezer dollárból előállítható lesz, a hozzá szükséges memóriát (10exp13 bit) pedig már 2018-ban meg tudjuk venni ezer dollárból. Már 2030 körül egy falunyi (ezer) emberi agy kell majd ahhoz, hogy felérjen ezer dollárnyi számítógéppel. Végül 2050-re, egy ezer dollárt érő számítógép számítási teljesítménye meg fogja haladni a Földön található összes emberi agyét! De ez még nem „végül”, mert nem csak egy darab ilyen számítógépet fogunk készíteni. A 2030-as évek elején már évente 10exp26-10exp29 másodpercenkénti műveleti kapacitást képviselő eszközt fogunk legyártani nem biológiai számítási eszközök formájában, vagyis nagyjából annyit, mint amennyit az összes élő ember együttes biológiai intelligenciája számítási teljesítményének becsülünk. A 2040-es évek közepére, az évente létrehozott intelligencia már kb. egymilliárdszor lesz erősebb, mint az emberiség mai őszintelligenciája! Az évszázad végéig a nem biológiai intelligencia billiószor-billiószor erősebbé válik a mai teljes emberi civilizációnál!

        Persze  Informatikai nyelvre fordítjuk az emberi intelligenciát. Noha az eredeti tervezőjének több milliárd év kellett, hogy létrehozza az agyat, nekünk kéznél van a koponya rejtekében, de megfelelő eszközök segítségével láthatóan (erről majd egy következő bejegyzésben ). Az intelligencia szoftvere kb. egy évtizeddel van lemaradva a hardvere mögött, de két évtized alatt, amikor a teljes emberi intelligencia emulálásához szükséges számítási kapacitás rendelkezésünkre fog állni, utoléri őt.

    Azt már csak halkan jegyzem meg, hogy noha az emberi idegsejtek csodálatos szerkezetek, a nem biológiai áramköröket nem szeretnénk, (és nem is fogjuk) ugyanazokra a mára már elavult módszerekre alapozva tervezni. A természetes kiválasztódás során kialakult rendszerek minden zsenialitásuk ellenére több nagyságrenddel alulmaradnak azokkal szemben, amelyeket mi magunk meg tudunk tervezni, és nemsokára meg is tudunk építeni. Hamarosan képesek leszünk a tudati folyamatainkat áttenni egy alkalmasabb számítási közegbe. És akkor a tudatunknak nem kell majd ilyen kicsinek maradnia.