Brains mar Ríomhairí Analógacha

D’fhéadfadh brains ríomh, ach ní go digiteach.

Seo ceist mhaith: An ríomhaire an inchinn? Rud amháin a chuireann ceist mhaith air seo ná go dtugann sé cuireadh do go leor ceisteanna eile. Ghlac daoine áirithe leis an smaoineamh a bheith meafarach: is ríomhaire í an inchinn ar an mbealach céanna is atá Juliet an ghrian. Is é sin le rá gur féidir é a bheith ina bhealach léiritheach chun smaoineamh nó labhairt faoi rud éigin, ach gan é a thógáil go liteartha.

Glacann go leor daoine leis go litriúil, áfach. Tagann an sampla is fearr liom ón gcéad abairt de leabhar Christoph Koch, Biophysics of Computation: “Brains compute!’ ‘Mar sin, cad a chiallaíonn sé má ghlacaimid an smaoineamh seo go liteartha freisin? Cad a d’fhéadfadh a bheith i gceist leis?

Ina dhiaidh seo, féachfaidh mé go hachomair ar roinnt smaointe roimhe seo faoin gcaoi a bhféadfadh brains ríomh, ansin iniúchadh a dhéanamh ar ról an ríomh analógach chun ciall a bhaint as ríomh neural.

Halgartaim

Smaoineamh amháin, a ndearnadh iniúchadh air i blog post roimhe seo san fhóram seo, is ea gur ríomhaire é an inchinn mar is féidir cur síos a dhéanamh ar a bhfuil á dhéanamh aige i dtéarmaí halgartaim. Ar an drochuair, tá roinnt fadhbanna ag an dearcadh seo. Ceann mór amháin is ea gur féidir cur síos algartamach a dhéanamh ar go leor rudaí (fiú gach rud b’fhéidir). Más fíor sin, ansin ar ndóigh is ríomhaire í an inchinn, toisc go bhfuil gach rud. Ach níl smaointe atá fíor fánach an-suimiúil.

B’fhéidir nach leor é nach féidir ach algartam a thuairisciú le gur ríomhaire é. B’fhéidir go bhféadfaimis a rá go ndéanann an inchinn ríomh toisc go leanann sí, nó go ritheann sí, halgartaim. Cinnte ní dhéanann gach rud é sin, fiú má tá algartam in-inscríofa ar gach rud. Fós féin, tá fadhb leis an smaoineamh seo. Tá idirdhealú caolchúiseach ach tábhachtach idir a bheith in-tuairiscithe go halgartaim agus algartam a leanúint i ndáiríre.

Seo sampla. Cuir i gcás go n-iarrfaidh mé ar pháiste patrún uimhreacha a scríobh síos, ag úsáid na rialach seo a leanas. Tosaigh le 1, ansin cuir 3 leis agus scríobh síos é, ansin cuir 5 leis an méid a scríobh tú síos, ansin cuir 7 leis an méid a scríobh tú síos, agus mar sin de. Scríobhann an páiste 1, ansin 4, ansin 9, ansin 16, srl. Is léir go bhfuil algartam á leanúint ag an leanbh - an “cuir 3, ansin 5, ansin 7, srl.” riail.

Ach is féidir linn cur síos a dhéanamh ar a bhfuil á dhéanamh ag an leanbh i dtéarmaí algartam eile: tá an leanbh ag táirgeadh cearnóga na slánuimhreacha i ndiaidh a chéile. Tá dhá halgartaim éagsúla ann a tháirgeann an patrún céanna (i ndáiríre, tá go leor halgartaim den sórt sin ann gan teorainn). Sa sampla seo, tá a fhios againn cén algartam atá á leanúint ag an leanbh as an iliomad halgartaim a chuireann síos ar an iompar. Ach i gcásanna eile, b’fhéidir nach mbeadh a fhios againn ar chor ar bith.

Déanta na fírinne, b’fhéidir nach mbeadh sé ciallmhar fiú smaoineamh go ndéantar iompar orgánaigh a tháirgeadh trí algartam a leanúint ar chor ar bith, fiú má tá sé in-tuairiscithe ag algartam éigin. Mar shampla, an leanann algartam i ndáiríre orgánaigh aoncheallacha a ghluaiseann trí ghrádáin cheimiceacha atá ag méadú i dtreo bia? Tá a fhios againn gur féidir le ríomhairí halgartaim a reáchtáil ag brath ar cén clár atá á reáchtáil: stóráiltear agus léirítear na halgartaim seo laistigh den chóras. Ach maidir le horgánaigh aoncheallacha, is dócha nach léirítear an “algartam” áit ar bith: níl ann ach an rud a dhéanann an córas. Ach b’fhéidir nach riachtanas é go ndéanann córais na halgartaim a leanann siad a stóráil agus a léiriú go sainráite; áfach, tugann sé sin le tuiscint go leanann rudaí a thiteann de bharr domhantarraingthe halgartaim freisin! Ní cosúil gur toradh sona é seo. Is ceisteanna deacra agus suimiúla iad seo go léir, ach go dtí seo, cuirfidh mé ar leataobh iad.

Fadhb dhifriúil leis an smaoineamh halgartaim a leanúint ná go bhfuil an rud a chiallaíonn muid de ghnáth le “algartam” scoite go hiomlán. Is éard atá in algartam sraith theoranta de threoracha scoite, a thógann gach ceann acu méid áirithe ama. Glacann obair Turing ar anailís mhatamaiticiúil ar halgartaim - agus mar sin ríomh - céimeanna ama scoite agus athróga scoite (cé, le bheith cinnte, caithfear “am’ ’a thuiscint go teibí mar chomharbas ar imeachtaí, ceann i ndiaidh a chéile, go háirithe aonaid, mar shampla milleasoicindí). Déanann ríomhairí digiteacha nua-aimseartha na toimhdí céanna. Ach tá a fhios againn nach bhfuil go leor eilimintí den inchinn scoite: tá neart cainníochtaí leanúnacha ann ar cosúil go mbíonn tionchar acu ar a ndéanann néaróin.

Mar sin, seo fadhb eile. Tá an chaoi a dtuigimid halgartaim agus ríomh de ghnáth scoite trí-agus-trí, ach tá a fhios againn go n-úsáideann brains athróga agus próisis leanúnacha uaireanta. Cé gur féidir linn cainníochtaí leanúnacha a insamhail go digiteach, ní chiallaíonn sin go bhfuil próisis leanúnacha scoite.

Tá fadhbanna eile ann, ach seachas dul tríothu ar fad, sílim gur fearr breathnú ar bhealach difriúil chun tosaigh. Ach le bheith ann, ní mór dúinn nóiméad a thógáil chun smaoineamh go cúramach ar cad is brí le analógach i ndáiríre, agus cad a chiallaíonn scoite agus digiteach - chomh maith le conas is féidir leo teacht as a chéile. Is é an toradh atá air seo ná go bhféadfaimis bealach a fháil chun smaoineamh ar ríomh is féidir a chur i bhfeidhm ar ríomh san inchinn.

Ionadaíocht Analógach

Tá go leor ciall ag baint le smaoineamh ar an inchinn mar ríomhaire analógach, ach ar dtús ní mór dúinn a bheith soiléir faoi cad é go díreach atá i gceist leis sin. Thug cuid acu siamsaíocht don smaoineamh seo, ach faoin smaoineamh cearr go bhfuil “analógach” comhchiallach le “leanúnach.” Rud amháin a cheaptar mar seo ná, toisc gur féidir cainníochtaí leanúnacha a insamhladh go digiteach, ní fiú ríomh analógach a ghlacadh dáiríre. Mar sin féin, tá i bhfad níos mó i gceist le ríomh analógach, agus dóibh siúd againn atá ag iarraidh tuiscint a fháil ar an gcaoi a ndéanann brains ríomh (nó fiú más rud é), ba cheart dúinn iarracht a dhéanamh cineálacha éagsúla ríomha a thuiscint.

Ar dtús, caithfimid láimhseáil a fháil ar ionadaíocht analógach.

Nuair a smaoiníonn mórchuid na ndaoine ar cad is brí le “analógach”, dar leo ní chiallaíonn sé ach leanúnach. Déanta na fírinne, is minic a úsáidtear na téarmaí “analógacha’ agus “leanúnacha’ ’go hidirmhalartaithe (cé go n-úsáideann daoine“ analógacha ”uaireanta chun a bheith neamhdhigiteach, nó ní ar ríomhaire, atá ró-dhona). Mar sin féin, léiríonn beagán machnaimh, chomh maith le breathnú níos dlúithe ar an gcaoi a bhfeidhmíonn ríomhairí analógacha i ndáiríre, nach bhfuil sé seo ceart. Ina áit sin, seo an príomhsmaoineamh:

Baineann ionadaíocht analógach le comhchuibhiú, ní le leanúnachas.

Tosaímid le roinnt samplaí d’fheistí analógacha simplí. Is teirmiméadar maith mearcair (cé go bhfuil alcól curtha in ionad mearcair den chuid is mó). Cad a dhéanann an cineál teirmiméadar seo analógach, seachas digiteach? Tá an bealach a oibríonn sé simplí: is ionann an teirmiméadar agus an teocht, agus de réir mar a mhéadaíonn an teocht, déanann leibhéal an leachta sa teirmiméadar freisin.

Teirmiméadar analógach.

Sampla eile is ea an dara lámh de chlog analógach. Tá an bealach a oibríonn sé simplí freisin: is ionann an lámh agus am, agus de réir mar a mhéadaíonn an t-am, déanann uillinn an dara láimhe amhlaidh.

Clog analógach: de réir mar a mhéadaíonn am, déan uillinneacha na lámha freisin.

Sa dá shampla seo, is ionann an fheiste agus rud éigin: teocht don teirmiméadar, agus am don uaireadóir. Chomh maith leis sin, sa dá shampla seo, tá an ionadaíocht sin analógach. Cén fáth? Níl ort ach a chur, toisc go bhfuil analaí idir an ionadaíocht agus an méid a léiríonn sí. Go sonrach, de réir mar a mhéadaíonn an rud atá á léiriú, méadaíonn an mhaoin fhisiceach atá ag déanamh an ionadaíochta freisin. Agus de réir méadaithe, is éard atá i gceist agam méadú liteartha: méadú ar airde an leachta sa teirmiméadar, agus méadú ar uillinn an dara láimhe (maidir le 12, nó díreach suas).

Ach tá uillinneacha agus airde leanúnach, ceart? Dúirt mé díreach nach bhfuil leanúnachas i gceist le bheith analógach. Ach smaoineamh arís ar an gclog analógach sin. Tá an dara lámh ag roinnt cloig leictreacha a scuabann go leanúnach, ach ticíonn go leor cloig analógacha (mar shampla uaireadóirí láimhe): bogann an dara lámh i gcéimeanna scoite. An gciallaíonn tic (ie ag bogadh i gcéimeanna scoite) nach bhfuil uaireadóir analógach i ndáiríre níos mó? Ar ndóigh ní! Is féidir le hionadaíocht analógach a bheith leanúnach nó scoite, fad is atá an cineál ceart comhchuibhithe fisiciúla i bhfeidhm. Nuair a thosaíonn tú ag lorg iad, is féidir leat a lán samplaí eile a fheiceáil freisin. Is léiriú analógach iad Hourglasses, mar shampla, ar an méid ama a chuaigh thart, cibé an bhfuil cáithníní leachtacha iontu, i ndáiríre beag a thógann tú chun a bheith leanúnach, nó rudaí móra scoite mar mirlíní.

Anois níl anseo ar fad ach smaoineamh ar choincheap “analógach,” agus féachaint ar roinnt samplaí d’ionadaíocht analógach. Ach tharlaíonn sé freisin gurb é seo an chaoi le ríomhairí analógacha a thuiscint.

Ríomh Analógach (vs. Digiteach)

Mura bhfuil tú eolach ar ríomh analógach, níl tú i d'aonar. Ba é an paraidím ríomhaireachta ceannasach é uair amháin, ach tá ríomhairí digiteacha beagnach curtha in áit ríomhairí analógacha. Le dul chun cinn san innealtóireacht, d’éirigh ríomhairí digiteacha níos gasta, níos solúbtha agus níos saoire ná a gcomhghleacaithe analógacha. Mar sin féin, tá siad suimiúil, agus ní mar fhiosracht stairiúil amháin. Léiríonn siad freisin cineál ríofa go hiomlán difriúil a thaispeánann - cé nach bhfuil sé praiticiúil ó thaobh na hinnealtóireachta de - bealach eile a d’fhéadfadh brains a ríomh. Mar sin, déanaimis féachaint gairid ar an gcaoi a n-oibríonn siad.

Innealtóir ag oibriú ríomhaire analógach Telefunken 770 RA.

Is é príomhsmaoineamh ríomhairí analógacha go léiríonn siad athróga de réir leibhéal voltais iarbhír eilimint chiorcaid. Mar sin má tá athróg agat ar a bhfuil luach 72.3, bheadh ​​an eilimint chiorcaid a léiríonn an athróg sin ag 72.3 volta. Tá sé seo go hiomlán difriúil ná an chaoi a stórálfaí luach den sórt sin i ríomhaire digiteach: sa chás sin, dhéanfadh sraith 1s agus 0anna ionadaíocht ar 72.3 i roinnt clár (nó, de réir chaighdeán IEEE 754 d’uimhreacha snámhphointe, 01000010100100001001100110011010).

Chun dhá athróg a chur i ríomhaire analógach, úsáideann tú ciorcad a chuireann na voltais leis go litriúil: thógfadh eilimint chiorcaid dhá ionchur, ceann a bhfuil x volta aige, ceann a bhfuil y volta aige, agus a tháirgeann aschur a bhfuil (x + y) volta. Ach i ríomhaire digiteach, chun dhá athróg a chur leis úsáideann tú ciorcadóireacht a chuireann an dá uimhir dhigit-le-dhigit, mórán mar a d’fhoghlaimíomar go léir conas uimhreacha a chur sa bhunscoil. Cuirtear na digití is lú suntasaí ar dtús, ansin an chéad cheann eile is suntasaí (móide dhigit iompair ón mbreiseán roimhe seo, más gá), agus mar sin de, go dtí go sroicheann muid deireadh na digití.

Tá go leor de na hathróga i ríomhairí analógacha leanúnach, ach tá eisceachtaí ann, agus tá na heisceachtaí sin tábhachtach. Go minic, nuair a bhíonn ríomhaire analógach á úsáid agat, cabhraíonn sé le fios a bheith agat conas é a ríomhchlárú ag baint úsáide as tréithriú matamaiticiúil ar cibé rud a bhfuil suim agat ann. Ach bíonn amanna ann nuair nach mbeadh a fhios agat conas tréith a dhéanamh go matamaiticiúil: níl a fhios agat ach an chuma atá air . Mar sin, in ionad feidhm leanúnach a úsáid mar thonn sine nó polynomial, d’fhéadfadh ríomhairí analógacha cuair chasta a chomhfhogasú le sraith deighleoga líne dírí.

Feidhm leanúnach (liath) arna chomhfhogasú le sraith deighleoga líne (dubh).

Uaireanta eile, d’úsáidfidís feidhmeanna céim, le bearnaí idir luach amháin agus luach eile, áit a n-athródh an voltas idir na luachanna go liteartha. Ar chiallaigh na neamhréireachtaí seo nach raibh na ríomhairí seo analógach i ndáiríre? Níl ar chor ar bith: díreach cosúil le cloig analógacha a chuireann tic, tá ríomhairí analógacha le “céimeanna” fós analógach. Agus arís, is é an chúis atá leis ná go bhfuil analaí idir an méid a léiríonn siad agus an chaoi a ndéanann siad ionadaíocht air.

Is fiú an pointe a iompar beagán, go háirithe i gcodarsnacht leis an léiriú digiteach. Rud beagáinín paradóideach, tá ionadaíocht dhigiteach i bhfad níos casta ach i bhfad níos eolaí freisin.

Gabhaimis dhá léiriú dhigiteacha de dhá uimhir dhifriúla. Chun rudaí a choinneáil simplí, úsáidfimid bonn-10, a bhfuil cur amach againn uile air, in ionad na hionadaíochta dénártha, nó bonn-2 a úsáidtear i ríomhairí digiteacha. Tá an pointe mar an gcéanna i gceachtar cás. Déan comparáid idir an chaoi a léirímid an uimhir trí chéad daichead a seacht agus an uimhir seacht gcéad a dó dhéag. Go digiteach, is ionann muid agus an chéad uimhir mar 347, agus an dara ceann mar 712. Cad a chiallaíonn na teaghráin uimhreacha sin? Arís, táimid chomh eolach air seo gur annamh a stopann muid ag smaoineamh air, ach déanaimid iad a léirmhíniú mar seo a leanas:

347 = (3 × 10²) + (4 × 10¹) + (7 × 10⁰) = (3 × 100) + (4 × 10) + (7 × 1) = 300 + 40 + 7

712 = (7 × 10²) + (1 × 10¹) + (2 × 10⁰) = (7 × 100) + (1 × 10) + (2 × 1) = 700 + 10 + 2

Rud tábhachtach atá le tabhairt faoi deara ná nuair a dhéanaimid comparáid idir an dá uiríoll, níl ceachtar acu níos mó ná an ceann eile. Ar ndóigh, is é seacht gcéad a dó dhéag uimhir níos mó ná trí chéad daichead a seacht. Ach níl an téad trí charachtar “712” ann féin níos mó ná an tsreang trí charachtar “347” (fad is atá an cló seasta againn!).

Tá rudaí difriúil maidir le hionadaíochtaí analógacha. Má léirímid an dá uimhir seo i ríomhaire analógach, mar shampla, tá voltas amháin (712 volta) níos mó go litriúil ná an ceann eile (347 volta). Nó i gcás an teirmiméadar analógach, tá airde an leachta a sheasann do 80 céim níos airde go liteartha ná an airde arb ionann é agus 60 céim.

Arís, tá sé seo go léir fós ann an féidir le voltais agus airde teacht i bpíosaí scoite amháin nó nach féidir; ní bhaineann aon bhaint ag ionadaíocht analógach le leanúnachas.

Sula leanfaidh mé ar aghaidh, lig dom pointe eile a lua faoi na rudaí nach bhfuil i gceist le digiteach. Glacann daoine áirithe go bhfuil “digiteach” comhchiallach le “scoite,” ach tá an dá rud difriúil. Is léiriú iad digití ar uiríll dhigiteacha, díreach cosúil leis an sampla a chuamar tríd. Tá “scoite,” i bhfad níos ginearálta, áfach, agus ciallaíonn sé go bhfuil codanna ar leithligh ag an rud atá i gceist. Ar go leor críocha, b’fhéidir nach mbeadh sé tábhachtach go mbeimis cúramach faoin idirdhealú, ach nuair a bhíonn muid ag caint ar ríomh, san inchinn nó in áit eile, tá sé an-tábhachtach. Cén fáth? Níl ann ach toisc go n-úsáideann ríomhairí digiteacha go ndéantar ionadaíocht dhigiteach ar uimhreacha d’fhonn feidhmiú mar a dhéanann siad. Ní thugtar ríomhairí digiteacha orthu ach toisc go n-úsáideann siad eilimintí scoite, nó go n-oibríonn siad i gcéimeanna scoite, ach toisc go léiríonn siad uimhreacha (lena n-áirítear athróga, seoltaí cuimhne, treoracha, agus mar sin de) i bhformáid bhonn-2, digiteach.

Anois, is fearr cineálacha éagsúla ríomhairí a sheirbheáil ar chineálacha éagsúla tascanna ag úsáid cineálacha éagsúla uiríll. Mar a tharla, d’éirigh ríomhairí digiteacha tapa go leor agus saor go leor gurbh fhearr leo thar a gcomhghleacaithe analógacha, cé nach raibh sé sin fíor i gcónaí. Ach déanaimis féachaint ar shampla simplithe amháin chun an difríocht idir ríomh digiteach agus ríomh analógach a thaispeáint.

Cuir i gcás go dtabharfaidh mé míle uimhir duit a léirítear go digiteach. Go sonrach, is dócha go dtabharfaidh mé míle cárta innéacs duit, a bhfuil uimhir amháin scríofa ar gach ceann acu. Is é an tasc atá agat ná an líon is mó sa chruach sin de mhíle a fháil. Is é an bealach is tapa chun é seo a dhéanamh an ceann is simplí freisin: glacann tú an chéad chárta, glaonn tú air an ceann is mó go dtí seo, ansin déan comparáid idir é agus an chéad chárta eile. Má tá an cárta sin níos mó, tá ceann nua is mó agat go dtí seo; mura ndéanann, ní dhéanann tú. Coinníonn tú i gcomparáid, agus tar éis 1,000 céim, beidh an cárta is mó sa chairn aimsithe agat. Go ginearálta, cé mhéad céim a thógann sé? Tógann sé an oiread céimeanna agus cártaí atá agat. I dteoiric na castachta ríomhaireachta, déarfaimis go bhfuil castacht ama líneach ag baint leis an tasc seo: tosú le 2,000 cárta, tógfaidh sé dhá uair chomh fada leat; 3,000 cárta, trí huaire chomh fada.

Núdail spaghetti. © An féidir Stoc Grianghraf / AlfaStudio

Anois, is dócha, in ionad míle uimhir a thabhairt duit a léirítear go digiteach, gur thug mé míle léiriú analógach duit ar uimhreacha. Go háirithe, is dócha go dtabharfaidh mé beartán míle núdail spaghetti duit, áit arb é fad gach núdail (milliméadar, abair, abair) an uimhir a léirítear. Is é an tasc atá agat (arís) an líon is mó sna mílte sin a fháil. Is é an bealach is gasta chun é seo a dhéanamh (arís) an ceann is simplí freisin: tógann tú an beartán núdail, sconna tú foirceann amháin ar dhromchla réidh, cosúil le tábla, agus cuireann tú do lámh síos ionas go mbuaileann sí an ceann is airde. Tar éis céim amháin, beidh an núdail is mó sa bheart aimsithe agat, arb ionann é agus an líon is mó den mhíle. Go ginearálta, ní thógann sé seo ach céim amháin, atá castacht ama leanúnach (i bhfad níos fearr ná líneach!). Is cuma cé mhéad uimhir (nó, in áit, uiríll uimhreacha) a dtosaíonn tú leo, níl ann ach céim amháin i gcónaí.

Léiríonn an sampla seo bealach amháin inar féidir le hionadaíocht analógach a bheith níos éifeachtaí, ach léiríonn sé ceann dá teorainneacha freisin. Abair go raibh go leor uimhreacha againn a raibh luach an-dlúth acu lena chéile; b’fhéidir go mbeadh sé deacair an ceann is airde a roghnú mura bhfuil siad difriúil ach le codáin de milliméadar. Ionadaíocht dhigiteach, áfach, is féidir linn a rá go héasca an bhfuil dhá uimhir difriúil. Maidir le ríomhairí digiteacha comhaimseartha, áit ar féidir céimeanna aonair a ghlacadh ag ráta na billiúin in aghaidh an tsoicind, tá an cruinneas méadaithe seo níos tábhachtaí ná an líon níos mó céimeanna atá ag teastáil (is é seo, i measc cúiseanna eile, an fáth gur thit ríomhairí analógacha as a bhfabhar i gcoitinne. úsáid).

Ríomh Analógach i gcoitinne…

Ag an bpointe seo, tá súil agam go ndearna mé soiléir cad é ionadaíocht analógach, agus go dtabharfaidh mé blas ar a laghad ar an gcaoi a n-oibríonn ríomh analógach. Ar aghaidh, ní mór dom níos mó a rá faoi ríomh analógach i gcoitinne. Ar ámharaí an tsaoil dúinn áfach, is é an chuid is deacra tuiscint a fháil ar ionadaíocht analógach. Níl le déanamh againn ach cur leis an scéal chun ríomh analógach a fháil ná meicníocht a dhéanann ionramháil ar aschur. Ach ní amháin a dhéanfaidh sean-mheicníocht ar bith, agus ní dhéanfaidh sé ach sean-ionramháil ar bith. Caithfimid a bheith níos sainiúla.

Léaráid scéimeach de mheicníocht: tá aonáin eagraithe agus a gcuid gníomhaíochtaí (bun) freagrach as feiniméan spéise (barr).

D’fhorbair fealsúna na heolaíochta cuntas ar mheicníochtaí a dhéanann beacht cad a chiallaíonn eolaithe, go háirithe néareolaí, go hintuigthe nuair a labhraíonn siad faoi mheicníochtaí (tugtar cuntas fad leabhair i leabhar Carl Craver, Explaining the Brain). Ní gá dúinn na sonraí a iontráil, ach tá an smaoineamh ginearálta simplí: is éard atá i meicníocht tacar eintiteas agus gníomhaíochtaí, eagraithe ar bhealach ar leith, as a dtagann feiniméan spéise. Maidir le cuid mhaith den néareolaíocht, is é atá i gceist le feiniméan éigin a mhíniú ná an mheicníocht atá freagrach as an bhfeiniméan sin a fhionnadh agus cur síos a dhéanamh air. Tá sé seo i gcodarsnacht leis an bhfisic, abair, áit a mbíonn míniú ag cur síos ar dhlí uilíoch an nádúir.

Mar sin má tá meicníocht againn a dhéanann ionramháil ar aschur, an bhfuil ríomhaire analógach againn? Níl go leor. Caithfidh an t-ionramháil a bheith den chineál ceart. Mar shampla, d’fhéadfainn feiste a thógáil a rothlaíonn teirmiméadar analógach (cosúil leis an teirmiméadar a luaitear thuas). Is cinnte gur cineál cúblála é sin, agus seans gur meicníocht í an fheiste a dhéanann an rothlú. Ach ní hé an cineál ceart ionramhála é. Mar sin, cad é an cineál ceart?

I mbeagán focal, caithfidh an mheicníocht an chuid den léiriú analógach atá ag déanamh na hionadaíochta a ionramháil. Mar sin nuair is mian linn teocht a léiriú, ní mór dúinn airde an leachta sa teirmiméadar a ionramháil, ní a uillinn. Is é seo, dála an scéil, go beacht an chaoi a n-oibríonn teirmeastait: is ionann cuid amháin den fheiste agus an teocht iarbhír, is ionann cuid eile den fheiste agus an teocht atá ag teastáil. Agus maidir le teirmeastait analógacha, déantar é seo le hionadaíochtaí analógacha.

Sula mbogfaimid ar aghaidh chun a fheiceáil cad atá le déanamh ag brains, lig dom a chur in iúl gur rud deas faoin scéal a d’inis mé ná go ndéanann sé ginearálú go maith ar ríomhairí digiteacha freisin. Cuir “digiteach” in ionad “analógach” mar a dúirt mé thuas: is meicníocht é ríomhaire digiteach a dhéanann ionramháil dhigiteach a ionramháil, agus caithfidh sé iad a ionramháil ar an mbealach ceart freisin. Is cinnte gur bealach é an ciorcadóireacht a théamh ar do ríomhaire glúine chun na hionadaíochtaí digiteacha taobh istigh a ionramháil, ach ní ar bhealach a chuimsíonn ríomh.

... Agus sa Bhrain

Ceart go leor, anois go bhfuil a fhios againn cad é ríomh analógach, cad a bhaineann leis seo le brains? An-chuid!

Ar dtús, pointe ginearálta. Cuidíonn ríomh cúplála i dtéarmaí ionadaíochta linn idirdhealú a dhéanamh idir an rud atá ríomhaireachtúil faoin inchinn, agus an rud nach bhfuil. Déanann brains, cosúil le gach orgán, gach cineál rudaí nach mbaineann go díreach lena bpríomhfheidhm, ach a chabhraíonn lena gcoinneáil beo. Mar sin, mar shampla, cheapamar uair amháin nach raibh ach néaróin le chéile ag cealla glial agus nár chuir siad aon rud spéisiúil le comharthaíocht néaróg (mar sin a n-ainm, a dhíorthaítear ón bhfocal Gréigise ar ghliú). Tá a fhios againn anois go gcuireann cineál amháin cille glial, na astrocytes, le comharthaíocht idir néaróin; ní dhéanann cineál eile, na cealla ependymal. Ciallaíonn sé sin go gcuireann astrocytes - ach ní cealla ependymal - le ríomh san inchinn. Is uiríll (nó codanna d’uiríll) iad comharthaí nadúrtha, agus ríomhtar ionramháil na n-uiríoll sin (de réir na meicníochta ceart).

Ach déanaimis labhairt níos sainiúla ar a bhfuil le déanamh ag an gcuid analógach den scéal seo faoi ríomh le brains. Tá a lán iomlán de ghníomhaíocht neural a áirítear mar léiriú analógach; ní mór duit cuimhneamh go mbaineann ionadaíocht analógach le comhchuibhiú (mar a pléadh thuas), agus ní le leanúnachas a bheith riachtanach. Mar sin, déanaimis féachaint ar roinnt samplaí.

Ar dtús, smaoinigh ar chódú rátaí, ceann de na smaointe is mó a ndéantar staidéar maith air maidir le hionadaíocht néaróg, agus ceann de na smaointe is luaithe freisin. Is é an bunsmaoineamh maidir le códú rátaí ná, de réir mar a mhéadaíonn (nó a laghdaíonn déine spreagtha), go méadaíonn (nó go laghdaíonn) ráta lámhaigh an néaróin ábhartha. Is é sin le rá, méadaíonn an ionadaíocht (ráta lámhaigh) agus an rud á léiriú (an spreagadh). Is é sin thart ar shampla chomh simplí d’ionadaíocht analógach agus a d’fhéadfadh duine a bheith ag iarraidh. Braitheann cibé an bhfuil sé mar ríomh analógach ansin ar cibé an ndéanann an córas atá i gceist an ionadaíocht sin a ionramháil. Mar shampla, ina gcuid oibre seimineár 1926, fuair Adrian agus Zotterman, de réir mar a mhéadaigh siad an meáchan a ghabhann le fíochán matáin, gur mhéadaigh néaróin chéadfacha an fhíocháin muscle sin a ráta lámhaigh. Feidhmíonn lámhaigh na néaróin sin mar ionchur do néaróin iartheachtacha, agus tá ríomh analógach againn.

Anois, tá a theorainneacha ag códú rátaí, ach is féidir linn samhail an ríomh analógach a chur i bhfeidhm ar scéimeanna códaithe néaróg eile freisin. Mar shampla, smaoinigh ar chóid uainiúcháin. Oibríonn roinnt cóid uainiúcháin sa chóras éisteachta, mar shampla, trí chomparáid a dhéanamh idir an t-am coibhneasta a shroicheann comharthaí neural éagsúla san áit chéanna. Ligeann sé seo don orgánach áit a tháinig fuaim a aimsiú. Is mó an fad idir teacht dhá chomhartha, is mó uillinn shuíomh na fuaime ón lár. Arís eile, léiriú analógach, a úsáideann an córas, agus ríomh analógach mar thoradh air.

Sampla níos casta is ea an chaoi a n-oibríonn cealla greille. Is grúpaí néaróin iad seo a chruthaíonn léarscáil déthoiseach de thimpeallacht déthoiseach. Mar sin, mar shampla, de réir mar a ghluaiseann an t-orgánach i gceart, bogann gníomhaíocht na gcealla greille i gceart; de réir mar a ghluaiseann an t-orgánach ar chlé, bogann an ghníomhaíocht ar chlé. (Níos cruinne, tiocfaidh néaróin a sheasann do shuíomhanna ar thaobh na láimhe clé den suíomh reatha trí thine de réir mar a ghluaiseann an t-orgánach ar chlé, a mhalairt ar dheis.)

Cealla greille ag lasadh mar fhreagairt ar ghluaiseacht orgánaigh.

Is sampla é seo de léiriú analógach déthoiseach, seachas na samplaí aontoiseacha ó thuas. In ionad athrú díreach suas nó síos, méadú nó laghdú, tá athrú againn ar dhá ghné spásúla. Agus mar thoradh ar an athrú ar a bhfuil léirithe (an timpeallacht) tá athrú comhfhreagrach ar an ionadaíocht (na cealla greille).

Sampla eile, ar leibhéal níos airde, is ea rothlú meabhrach i ndaoine, atá ag brath ar ionramháil ionadaíochta analógacha (más ríomh analógach é má cheannaíonn tú an dearcadh atá á mholadh agam anseo). Seo an tasc a úsáideadh sna staidéir ábhartha, a cheap Shepard agus Metzler ar dtús i 1971. Taispeántar dhá phictiúr d’earraí 3T do rannpháirtí, agus iarrtar air cnaipe amháin (“céanna”) a bhrú más é an ceann ar dheis é leagan rothlaithe den cheann ar thaobh na láimhe clé, agus cnaipe difriúil (“difriúil”) más réad difriúil an ceann ar dheis. Tá sampla san fhigiúr thíos: tá an dá fhigiúr is airde “mar an gcéanna,” ach tá an dá bhun “difriúil.”

Spreagthaí uainíochta meabhrach. Tá an dá réad is fearr “mar an gcéanna,” agus tá an dá bhun “difriúil.”

Suimiúil go leor, nuair a thaifeadann tú an t-am a thógann sé ar dhaoine freagra a thabhairt (is cuma linn faoi na cinn “chéanna”), faigheann tú amach gur mó a rothlaítear na rudaí, an níos faide a thógann sé ar dhaoine an freagra sin a thabhairt. Tá sé ionann is go bhfuil daoine ag “rothlú” an ruda ina gceann, agus ag seiceáil féachaint an bhfuil na rudaí comhoiriúnach. Mar sin, is mó a rothlaítear na rudaí, is mó an rothlú meabhrach a chaithfidh siad a dhéanamh, a aistríonn go ham freagartha níos faide.

Rinneadh an toradh seo a mhacasamhlú i go leor staidéar; le blianta beaga anuas, tá néareolaí cognaíocha tar éis sonraí fMRI a tháirgeadh ó dhaoine a dhéanann an tasc agus iad ag scanadh a n-inchinn. I meata-anailís ó 2008, fuair Jeff Zacks go dtacaíonn mórán de na staidéir seo leis an tuairim go mbraitheann rothlú meabhrach ar uiríll analógacha, ag tacú leis an hipitéis bhunaidh a mhol Shepard agus Metzler. Cén fáth ar cheart dúinn smaoineamh air seo?

Pointe tábhachtach amháin ná go bhfuil bealaí i bhfad níos éifeachtaí ann chun léiriú réad a rothlú. Tá ailgéabar líneach i gceist le hionadaíocht dhigiteach tipiciúil a úsáid, mar shampla an rud a úsáidtear i gcórais grafaicí ríomhaire. Gan dul isteach sna sonraí, is é an smaoineamh gur féidir linn - in aon chéim amháin - comhordanáidí 3-T réad a iolrú faoi mhaitrís, agus rothlú an réad dá bharr. Rud atá tábhachtach, is é an méid ama a thógann sé réad a rothlú dhá chéim an méid céanna ama a thógann sé ar réad a rothlú faoi 180 céim. Mar sin féin, ní hé sin an toradh a fhaighimid nuair a dhéanann daoine an tasc seo. Ina áit sin, tógann rothlú níos faide níos mó ama. Tugann sé sin le tuiscint nach bhfuil muid ag rothlú an ruda in aon chéim amháin, ach ionramháil a dhéanamh ar léiriú analógach a chónaíonn leis an méid a léiríonn sé.

Cuidíonn analaí. Smaoinigh ar chúpla uimhir dhá dhigit a chur leis an mbealach a d’fhoghlaim tú sa bhunscoil. Chun rudaí a choinneáil simplí, úsáidfimid uimhreacha nach dteastaíonn aon dhigit iompair uathu. Mar sin más mian linn 11 go 12 a chur leis, cuirimid ceann ar bharr an chinn eile, agus cuirimid na digití leis. Rud céanna más mian linn 66 agus 33 a chur leis.

I ngach cás, glacann sé an líon céanna céimeanna, cé gur sa fhadhb chlé, táimid ag tosú agus ag críochnú le líon i bhfad níos lú. Níl anseo ach fíric faoin suimiú a dhéanamh go digiteach: cé go bhfuil na huimhreacha níos mó, nílimid ach ag ionramháil digití, agus tá an líon céanna digití againn i ngach cás.

Ach abair go raibh orainn an breisiú a dhéanamh ar bhealach a d’fhoghlaim tú nuair a bhí tú níos óige fós, ag úsáid uiríll analógacha (cé nach raibh a fhios agat ag an am). Cuir i gcás go raibh mála mór mirlíní againn, agus rinneamar an fhadhb ar thaobh na láimhe clé trí 11 mirlín a thógáil amach, ceann ag an am, ansin 12 mirlín a chur leo siúd, ceann ag an am, agus ansin a chomhaireamh cé mhéad mirlín a chríochnóimid leo . Is léir go dtógfadh sé sin i bhfad níos lú ama ná an fhadhb a dhéanamh ar an mbealach céanna. Deonaithe anois, ní bealach éifeachtach é seo chun breisiú a dhéanamh! Ach léiríonn sé an chaoi a dtógann uiríll analógacha - ach ní digiteacha - níos mó ama chun roinnt ríomhanna a dhéanamh.

Ag an bpointe seo, b’fhéidir go gceapfadh cuid go bhfuil sé seo go maith agus go maith, ach ag na leibhéil is ísle, tá spící neural cosúil le giotáin ríomhairí digiteacha; mar sin b’fhéidir nach bhfuil mórán le déanamh ag an ábhar analógach seo le crua-earraí na hinchinne. Tá spící nadúrtha ar nó as, díreach cosúil le 1s agus 0s ríomhairí digiteacha. Chuir John von Neumann, duine de bhunaitheoirí an ríomhaire dhigitigh agus polymath bisiúil, an dearcadh mar seo ina léacht i 1957: “Is léir gur féidir na bíoga néarógacha a fheiceáil mar mharcóirí (dhá luach): is ionann easpa bíge agus ansin. luach amháin (abair, an dénártha dhigit 0), agus is ionann láithreacht ceann agus an ceann eile (abair, an dénártha dhigit 1). Is léir gurb é seo an tuairisc ar fheidhmiú orgáin i meaisín digiteach. Mar sin tugann sé údar leis an dearbhú bunaidh, go bhfuil carachtar digiteach prima facie ag an néarchóras. " Mar sin b’fhéidir go bhfuil roinnt rudaí analógacha ag tarlú ag leibhéil níos airde, ach ag a fhréamh, tá spící neural scoite agus digiteach.

Mar sin féin, tugann roinnt fianaise nua le tuiscint go mb’fhéidir nach é sin an scéal iomlán. Taispeánann sraith spéisiúil samplaí ó eolaithe lena n-áirítear Bialowas, Rama, Rowan, agus go leor eile go bhféadfadh níos mó a bheith ann maidir le féidearthachtaí gníomhaíochta ná mar a measadh roimhe seo. Mar sin ar dtús, déanaimis athbhreithniú beag ar fhéidearthachtaí gníomhaíochta, ansin féach cad a thugann na torthaí nua seo le fios.

Is é an dearcadh traidisiúnta ar an acmhainneacht gníomhaíochta go bhfuil sé cosúil le buille dénártha ríomhaire digiteach. Má fhéachaimid go géar ar na 1idí agus na 0anna de ríomhaire digiteach, feicfimid gur voltais iad atá ag athrú go leanúnach. Mar sin féin, fanann an t-athrú leanúnach sin timpeall (mar shampla) náid volta nó cúig volta, agus ní bhaineann na luaineachtaí beaga os cionn agus faoi bhun an dá leibhéal sin le córais dhigiteacha. Sin toisc go ndearna muid iad a dhearadh ar an mbealach sin: cé go bhfuil luaineacht leanúnach ann, is féidir linn na voltais sin a chóireáil amhail is go bhfuil siad i ndáiríre ag dhá leibhéal scoite, a dtugaimid 0 agus 1. Ní hionann an difríocht bheag sa tonnform ó ghiotán amháin go ceann eile is cuma: is é an rud is tábhachtaí ná go bhfuil roinnt voltais ann atá gar do 5 volta nó nach bhfuil.

An ríomhaire digiteach agus an néarón. Barr: aistrítear voltas trasraitheora iarbhír mar 1. Bun: aistrítear voltas néaróin iarbhír mar 1.

Seo mar a bhreathnaigh néareolaí go traidisiúnta ar an gcumas gníomhaíochta freisin. Má dhéanaimid comparáid idir dhá acmhainn gníomhaíochta éagsúla, d’fhéadfadh go mbeadh difríocht bheag sa tonnform, ach is cuma faoin gcóras sin. Is é an rud is tábhachtaí ná an bhfuil acmhainn gníomhaíochta ann nó nach bhfuil. Anois, le bheith cinnte, tá eisceachtaí ann: ní ghineann roinnt néaróin spící ar chor ar bith, ach tá comhartha acu a athraíonn go leanúnach - is sampla tábhachtach iad néaróin atá ceangailte ag acomhail bhearna. Agus maidir le néaróin eile, ní i ndáiríre an spíce aonair atá tábhachtach, ach a ráta lámhaigh, mar a luadh thuas. Ach tá na torthaí nua seo difriúil ar fad.

In ionad gan aon tábhacht a bheith leo, léirigh na heolaithe a luaitear thuas go bhfuil iarmhairtí ag cruth beacht an spíce neural. Cad is brí le sin? Go bunúsach, má tá spíce neural beagán níos airde (tá voltas níos airde aige), ansin tá éifeacht intomhaiste aige ar an méid a tharlaíonn do na néaróin a bhfuil sé ceangailte leo. Nó, má tá an spíce beagán níos leithne (tógann sé beagán níos faide), ansin tá éifeacht intomhaiste aige ar néaróin iartheachtacha. Tá na héifeachtaí seo beag, ach tá siad intomhaiste, agus go hiomlán difriúil ná an méid a fhaighimid i ríomhairí digiteacha.

Mar sin an ionann iad seo agus uiríll analógacha? Bhuel, níl a fhios againn go fóill. Is iarrthóirí iad, toisc go bhfuil rud éigin againn (spíce neural) a athraíonn ar an mbealach ceart. Ach níl a fhios againn go fóill an uiríll iad seo ar chor ar bith. Mar a luadh cheana, is féidir le néaróin a lán rudaí a dhéanamh, agus ní chuireann gach ceann acu lena gcumas ionadaíochta. Má tharlaíonn sé go méadaíonn airde (nó leithead) an spíce neural de réir mar a mhéadaíonn athróg éigin eile, seans gur léiriú é seo. Beidh orainn a fheiceáil. Go dtí seo áfach, is iarrthóir spéisiúil é.

Mar fhocal scoir, lig dom gné amháin de ríomh analógach a lua nach bhfuil a mhacasamhail i ndáiríre sa ríomh digiteach, agus is é sin, admhaítear, an ceann is amhantraí ar mo thaobhsa. Samhlaigh go bhfuil clár beag ríomhaire agat, nó fiú scarbhileog fiú, áit a bhfuil athróg éigin agat ar a dtugtar, abair, “GrandTotal.” Tá sé éasca go leor ríomhaire a ríomhchlárú (nó scarbhileog a chruthú) a chuireann dornán iomlán uimhreacha le chéile, agus siopaí a mbíonn GrandTotal mar thoradh orthu. Agus áit éigin, go domhain i bputóga leictreonacha phróiseálaí do ríomhaire, tá roinnt ciorcad ann ar a dtugtar cláir, agus tá clár amháin ann a stórálann luach GrantTotal go fisiciúil. Tá a lán rudaí eile á ndéanamh ag do ríomhaire, mar sin tá a lán luachanna eile stóráilte i gcláir in aice láimhe freisin. Cuir i gcás, i ndáiríre, gur theastaigh uait luachanna na n-ocht gcomharsan is gaire a chur leis - na cláir eile is gaire do GrandTotal - agus iad siúd i GrandTotal a stóráil freisin. Conas is féidir leat é seo a dhéanamh?

Ar an drochuair, ní féidir leat. Mar a dhéantar meaisíní digiteacha a dhearadh agus a thógáil, baintear a gcur chun feidhme fisiceach go hiomlán óna gclárú. Níl aon bhealach ann rochtain a fháil ar athróga is cóngaraí go litriúil, go fisiceach don cheann a bhfuil tú ag obair leis. Ar ndóigh, má tá tú an-eolach ar ríomhaire áirithe, b’fhéidir go bhféadfá a fháil amach cé acu de na cláir is gaire. Ach ansin beidh siad go hiomlán difriúil i meaisín eile. Níl ann ach bealach chun an cineál seo cumais a chur i gclárú ginearálta ríomhaire digiteach.

Suimiúil go leor, áfach, déanann néaróin rudaí mar seo an t-am ar fad. Is minic a chraoltar roinnt comharthaí neural, mar shampla neuromodulators, chuig cibé néaróin a tharlaíonn a bheith in aice láimhe. Baineann an cumas seo leas as an bhfíric gur feistí fisiciúla iad néaróin, atá suite sa spás i gcoibhneas lena chéile. Agus cé nach féidir le ríomh digiteach an cineál seo cumais a sholáthar, is féidir le cineálacha áirithe ríomh analógach. Is é an chúis atá leis seo ná go gcuimsíonn ríomh analógach nádúr fisiceach a chuid uiríoll, ach baineann ríomh digiteach as. Anois le bheith cinnte, tá go leor buntáistí ag baint le ríomh digiteach: is deas an rud é a bheith in ann an clár céanna a úsáid ar réimse leathan ríomhairí éagsúla ó mhonaróirí éagsúla, le luasanna éagsúla, méideanna difriúla cuimhne, agus mar sin de. Ach tá níos mó le ríomh ná an digiteach amháin, agus má tá mo phost déanta agam, creidfidh tú anois freisin.

Tá ríomhairí analógacha imithe as a riocht, agus mar thoradh air sin, ní smaoinímid orthu nuair a smaoinímid ar ríomh. Agus cé go bhfuil buntáistí an ríofa dhigitigh soiléir chun críocha praiticiúla, is bealach iontach é ríomh analógach chun smaoineamh ar ríomh níos ginearálta. Nuair a fhéachaimid go géar ar an gcaoi a n-oibríonn ríomh digiteach i ndáiríre, is beag nach bhfuil aon rud cosúil leis an gcaoi a n-oibríonn brains. Más é ríomh digiteach an t-aon choincheap de ríomh atá agat, b’fhéidir go gceapfá gur cheart dúinn an smaoineamh a ríomhann brains go litriúil. Ach bheadh ​​sé sin i bhfad ró-thapaidh: níl uainn ach coincheap ríomhaireachta níos leithne, agus is cosúil go gcuidíonn féachaint le ríomh analógach linn a fheiceáil conas a d’fhéadfadh brains a bheith ina ríomhairí tar éis an tsaoil.

Ag iarraidh níos mó? Lean muid ag The Spike