كوابينا بواهن في جهاز كمبيوتر يعمل طبقا لمواصفات الدماغ

حصلت على أول حاسوب عندما كنت مراهقا في أكرا ، وكان جهازا رائعا حقا. يمكنك أن نستعمله لتشغيل ألعاب، يمكنك برمجته باستعمال لغة الباسيك. وقد كنت مفتونا به. لذلك ذهبت إلى المكتبة لمعرفة كيف يعمل هذا الشيء. قرأت كيف تنقل وحدة المعالجة المركزية بشكل مستمر البيانات ذهابا وإيابا بين الذاكرة ، RAM و ALU ، وحدة العمليات الحسابية والمنطقية. وقلت لنفسي ، على وحدة المعالجة المركزية أن تعمل بجنون فقط للحفاظ على جميع هذه البيانات التي تمر عبر النظام.

ولكن لا أحد كان يشعر بالقلق ازاء هذا الواقع. عندما عرضت أجهزة الكمبيوتر لأول مرة ، قيل انها ستكون أسرع مليون مرة من الخلايا العصبية. و قد بهر الناس حقا، كانوا يعتقدون أنهم سوف يتجاوزون قريبا قدرة الدماغ. هذا اقتباس من آلان تورنج : "في غضون 30 سنة، سيكون من السهل أن نسأل جهاز كمبيوتر، كما نسأل أي شخص ". هذا كان في عام 1946. والآن في عام 2007 ، لا يزال هذا غير صحيح. والسؤال هو ، لماذا لا يمكننا رؤية هذه الدرجة من الطاقة في أجهزة الكمبيوتر كالتي نراها في الدماغ؟

ما لا يدركه الناس ، وما بدأت أدركه أنا للتو، هو أننا ندفع ثمنا كبيرا للسرعة ، وهو ما ندعي أنه الميزة الكبيرة لهذه الحواسيب. دعونا نلقي نظرة على بعض الأرقام. هذا هو بلو جين ، الكمبيوتر الأسرع في العالم. يحتوي على 120،000 معالجا؛ يمكنه عمليا معالجة 10 كدريليون بت من المعلومات في الثانية الواحدة. هذا يمثل 10 قوة 16. كما أنها تستهلك ميجاوات ونصف من الكهرباء سيكون عظيما حقا ، لو تمكنا من اضافة هذا لقدرة الإنتاج في تنزانيا. بالتأكيد سيعزز هذا الاقتصاد. بالعودة إلى الولايات المتحدة، اذا قارنا كمية الطاقة أو الكهرباء التي يستخدمها هذا الكمبيوتر بما تستهلكه الأسر في الولايات المتحدة ، تحصل على 1،200 أسرة في الولايات المتحدة ، هذا مدى القوة التي يستخدمها هذا الكمبيوتر.

الآن ، دعونا نقارن هذا مع الدماغ. هذه صورة دماغ صديقة روري سايرس . روري هو طالب دراسات عليا في جامعة ستانفورد. قام بدراسة الدماغ باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ، ويدعي أن هذا هو أجمل دماغ قام بمسحه ضوئيا. (ضحك) هذا ما نسميه الحب الحقيقي. الآن ، كم يقدر عدد العمليات الحسابية التي يستطيع الدماغ القيام بها؟ اقدر هذا من 10 قوة 16 بت في الثانية و هذا في الواقع مشابه جدا لما يستطيع بلو جين القيام به. اذن هذا هو السؤال. السؤال هو ، كم -- علما انهم يستهلكون كمية مماثلة من الطاقة وكمية مماثلة من البيانات -- السؤال هو كم من الطاقة أو الكهرباء يستهلك الدماغ؟ انه في الواقع يستهلك نفس القدر الذي يستهلكه الكمبيوتر المحمول : فقط 10 واط. لذلك ما نقوم به الآن مع أجهزة الكمبيوتر ، مع الطاقة التي يستهلكها 1،200 منزل ، يقوم به الدماغ مستهلكا الطاقة التي يستهلكها جهاز كمبيوتر محمول.

لذا فإن السؤال هو ، كيف يتمكن الدماغ من تحقيق هذا المستوى من الكفاءة؟ واسمحوا لي أن ألخص. بالنهاية اذن : يقوم الدماغ بمعالجة المعلومات باستخدام 100،000 مرة اقل من الطاقة مما نستطيع القيام به حاليا مع تكنولوجيا الكمبيوتر التي لدينا. كيف يمكن للدماغ أن يفعل بذلك؟ دعونا نلقي نظرة حول كيفية عمل الدماغ ، وبعد ذلك سوف نقارن ذلك مع كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر. هذا مقطع من مسلسل تلفزيوني ، "الحياة السرية للدماغ". تبين لنا الخلايا التي تقوم بعملية معالجة المعلومات. وهي تسمى الخلايا العصبية. وهي ترسل نبضة صغيرة من الكهرباء لبعضهما البعض ، وحيث يتصل بعضها ببعض ، تتمكن هذه النبضات الكهربائية الصغيرة من القفز من خلية إلى أخرى. هذه العملية تسمى المشبك. و لدينا هذه الشبكة الهائلة من الخلايا التي تتفاعل مع بعضها البعض ، حوالي 100 مليون منهم ، تقوم بارسال نحو 10 كوادريليون من هذه النبضات كل ثانية. وهذا بالضبط ما يحدث في أدمغتكم حاليا بينما تشاهدون هذا.

كيف يمكن أن نقارن بين هذا وطريقة عمل أجهزة الكمبيوتر ؟ في جهاز الكمبيوتر كل البيانات تمر عبر وحدة المعالجة المركزية ، وأي جزء من البيانات عليها المرور عبر عنق الزجاجة. في حين أنه في الدماغ ، لديك هذه الخلايا العصبية و البيانات تتدفق خلال شبكة اتصالات عبر الخلايا العصبية ، ولا مكان لأي اختناق هناك. انها حقا شبكة بالمعنى الحرفي للكلمة. الشبكة تقوم بالعمل في الدماغ. اذا ألقينا نظرة على هذين الصورتين ، يخطر ببالك هذا النوع من الكلمات. هذا متسلسل وهو جامد : انها تشبه سيارات على الطريق السريع -- كل شيء يجب أن يحدث بدون تفكير. في حين أن هذا متوازي و سلس. معالجة المعلومات حيوية جدا وقابلة للتكيف.

لست أول من اكتشف هذا. هذا اقتباس من براين إينو : "المشكلة مع أجهزة الكمبيوتر هو أنها لا تشبه افريقيا كثيرا". (ضحك) قال بريان هذا في عام 1995. ولا أحد كان يستمع لذلك ، ولكن الآن بدأ الناس بالاستماع لان هناك مشكلة تكنولوجية ملحة نواجهها الآن. وسأبين لكم ذلك من خلال بعض الشرائح القليلة القادمة.

هذا -- انه يمثل حقا هذا التقارب الملحوظ بين الأجهزة التي نستخدمها لحساب في أجهزة الكمبيوتر ، والأجهزة التي تستخدمها أدمغتنا للحساب. الأجهزة التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر هي ما يسمى جهاز الترانزستور. هذا القطب هنا ، يدعا البوابة ، للتحكم في التدفق من المصدر الى المسرب ، وهذين القطبين. هذا التيار الكهربائي ، تحمله الالكترونات ، تماما كما في بيتك ، وهلم جرا. وهنا ، عندما تفتح البوابة ، يمكنك الحصول على زيادة في كمية التدفق ، ويمكنك الحصول على تدفق مستمر. وعندما تقوم بإيقاف تشغيل البوابة ، لن يكون هناك تتدفق من خلال الجهاز. الكمبيوتر يستخدم وجود هذا التدفق ليمثل الرقم واحد، وعدم وجوده لتمثيل الرقم صفر.

الآن ، ما يحدث هو أنه يتم الحصول على ترانزستورات أصغر وأصغر وأصغر ، لذلك لم تعد تتصرف على هذا النحو. في الواقع ، أنها بدأت تتصرف مثل الخلايا العصبية، وهو ما يسمى قناة الأيون. وهذا جزء صغير من البروتين. يعني ، الخلايا العصبية لديها الآلاف منها. وهي توجد في غشاء الخلية ، وبينهما مسام. وهذه ايونات بوتاسيوم الفردية ، التي تتدفق من خلال تلك المسام. الآن ، يمكن لهذه المسام أن تفتح وتغلق. ولكن ، عندما يكون مفتوحا ، وذلك لأن هذه الأيونات يجب أن تصطف وتتدفق واحدة بعد الاخرى، يمكنك الحصول على نوع متفرق ، وغير ثابت -- انه تدفق متفرق للكهرباء. وحتى عند إغلاق المسام -- وهو ما يمكن للخلايا العصبية أن تفعله ، يمكنهم فتح وإغلاق هذه المسامات لتوليد النشاط الكهربائي -- حتى عندما تكون مغلقة، وذلك لأن هذه الأيونات صغيرة للغاية ، يمكنهم فعليا عن طريق التسلل ، عدد قليل يمكنه التسلل عبرها في وقت واحد. ما نحصل عليه هو أنه عندما يتم فتح المسام ، يمكنك الحصول أحيانا على بعض التدفق. هذه بعض منها، ولكننا حصلنا على بعض الأصفار. وعندما تكون مغلقة ، نحصل على الصفر ، ولكن لديك عدد قليل منها، حسنا.

الآن، بدأ يحدث هذا في الترانزستورات. والسبب في ذلك هو أنه، الى حد الآن في عام 2007 ، بالنسبة للتكنولوجيا التي نستخدمها ، الترانزستور هي كبيرة بما يكفي للسماح للإلكترونات أن تتدفق عبر القناة في وقت واحد ، جنبا الى جنب. في الواقع ، هناك حوالي 12 إلكترونا يمكنها أن تتدفق بهذه الطريقة. وهذا يعني أن الترانزستور يقابل نحو 12 قناة أيون متوازية. الآن،و في غضون سنوات قليلة، بحلول عام 2015،سوف تتقلص الترانزستورات كثيرا. هذا ما تفعله إنتل لإضافة المزيد من النوى في الشريحة ، أو عصي الذاكرة التي لديك الآن يمكن أن تخزن واحد غيغابايت من الاشياء عليها -- في الماضي كانت سعتها 256. الترانزستورات صارت أصغر فأصغر للسماح لهذا أن يحدث ، والتكنولوجيا قد استفادت من ذلك حقا.

ولكن ما يحدث الآن هو أن في عام 2015 ، الترانزستور ستصبح صغيرة بدرجة ، أنه يمكن لإلكترون واحد أن يتدفق من خلال هذه القناة ، وهذا ما يمثل قناة أيون واحدة. ويصبح لديك نفس النوع من الاختناقات المرورية التي لديك في قناة الأيون ، الحالية سوف تشتغل وتتوقف عشوائيا ، حتى عندما كان من المفترض أن تشتغل. ويعني ذلك أن جهاز الكمبيوتر الخاص بك ستصبح والآحاد والأصفار فيه مختلطة ، وهذا سوف يحطم الجهاز.

لذلك ، ونحن في مرحلة لا يمكننا فيها أن نعرف حقا كيف نشغل هذا النوع من الأجهزة. والشيء الوحيد الذي نعرفه الى حد الآن ، و الذي يمكنه أن يشتغل مع هذا النوع من الأجهزة ، هو الدماغ.

حسنا ، فجهاز الكمبيوتر يختار عنصر معين من البيانات من الذاكرة ، ويرسلها الى المعالج أو للوحدة الحسابية و المنطقية ، ومن ثم يعيد النتيجة إلى الذاكرة. هذا هو مسار هذا الضوء الأحمر. طريقة عمل الدماغ ، لدينا كل هذه الخلايا العصبية. والطريقة التي تعرض بها المعلومات يتم تقسيم تلك البيانات إلى قطع صغيرة والتي تمثلها مختلف النبضات والخلايا العصبية. بحيث يكون لديك كل هذه القطع من البيانات موزعة على جميع أنحاء الشبكة. ومن ثم الطريقة التي يمكنك معالجة تلك البيانات للحصول على نتيجة هو بترجمة هذا النمط من النشاط إلى نمط جديد من النشاط ، انه فقط من خلال تدفقه عبر الشبكة. لذلك تنشئ هذه الاتصالات ، مثل تدفق نمط الإدخال ويولد نمط الانتاج.

ما نراه هنا هو ان هناك وصلات متكررة . حتى إذا فقد جزء من هذه البيانات أو قطعة من البيانات ، فلن يظهر ذلك هنا ، يمكن لهذه القطع استحداث الجزء المفقود مع هذه الوصلات المتكررة حتى عندما تتعامل مع هذه الأجهزة في بعض الأحيان ، حيث تريد الرقم واحد وتحصل على الصفر ، هناك تكرار في الشبكة يجعل من الممكن من استعادة المعلومات المفقودة. وهذا يجعل الدماغ بطبيعته قويا. ما لدينا هنا هو نظام حيث يتم تخزين البيانات محليا. وهذا نظام هش، وذلك لأن كل خطوة من هذه الخطوات يجب أن تكون خالية من العيوب ، وإلا ستفقد البيانات. في حين أنه في الدماغ ، لدينا نظام يقوم بتخزين البيانات عن طريق توزيعها ، وهذا نظام قوي.

ما أريد أن أتحدث عنه بالأساس هو حلمي ، المتمثل في بناء جهاز كمبيوتر يعمل مثل الدماغ. هذا ما كنا نعمل على تحقيقه في العامين الماضيين. وسأبين لكم النظام الذي صممناه كنموذج لشبكية العين ، وهي تمثل قطعة من الدماغ داخل مقلة العين. نحن لم نقم بذلك من خلال كتابة برنامج ، كما نفعل في جهاز الكمبيوتر. في الواقع ، المعالجة التي تحدث في تلك القطعة الصغيرة من الدماغ هي مشابهة جدا للمعالجة التي تقوم بها أجهزة الكمبيوتر عندما تبث الفيديو عبر الإنترنت. انها تعمل على ضغط المعلومات -- انها تقوم فقط بارسال التغييرات ما هو جديد في الصورة ، وهلم جرا -- وهذه هي الطريقة التي تمكن المقلة. من ضغط كل تلك المعلومات إلى العصب البصري ، لترسل إلى بقية المخ.

بدلا من القيام بذلك في البرنامج ، أو كتابة تلك الأنواع من الخوارزميات ، ذهبنا وتحدثنا مع مختصين في البيولوجيا العصبية الذين قاموا بهندسة عكسية لهذه القطعة من الدماغ والتي تسمى شبكية العين. واكتشفوا جميع انواع الخلايا ، واكتشفوا الشبكة ، نحن فقط قمنا بأخذ تلك الشبكة واستخدمناها كمخطط لتصميم رقاقة السيليكون. الآن الخلايا العصبية يتم تمثيلها بعقد أو دوائر على الرقاقة ، والاتصالات بين الخلايا العصبية تتم عن طريق الترانزستورات وهذه الترانزيستورات تتصرف أساسا تماما مثلما تتصرف القنوات الأيونية في الدماغ. سوف أقدم نفس النوع من البناء القوي الذي وصفته.

هذا ما تبدوا عليه العين الاصطناعية. رقاقة الشبكية التي قمنا بتصميمها مكانها وراء هذه العدسة هنا. ورقاقة – سأعرض عليكم شريط فيديو شبكية العين السيليكونية تعطينا النتيجة عندما كانت تنظر ألى كريم زغلول ، وهو الطالب الذي صمم هذه الشريحة. اسمحوا لي أن أشرح ما سوف ترون. لأنها ستعرض أنواع مختلفة من المعلومات ، انها ليست ببساطة الكاميرا. رقاقة شبكية العين تستخرج أربعة أنواع مختلفة من المعلومات. تستخرج مناطق داكنة ، والتي سوف تظهر في شريط الفيديو باللون الاحمر. تستخرج مناطق فاتحة ، والتي سوف تظهر في شريط الفيديو باللون الاخضر

هذه عيون كريم الداكنة وهذه هي الخلفية البيضاء التي نراها هنا. ومن ثم فإنها أيضا تستخرج الحركة. عندما يحرك كريم رأسه إلى اليمين ، سنرى هذا النشاط الأزرق هناك ، انها تمثل المناطق التي يزيد فيها النقيض في الصورة ، ذلك حيث انه سيمر من الداكن الى الفاتح. ونرى أيضا هذا النشاط الأصفر ، وهي تمثل المناطق التي يتناقص فيها النقيض في الصورة ، انه سيكون من الفاتح إلى الغامق. وهذه الأنواع الأربعة من المعلومات -- لدى العصب البصري نحو مليون من الألياف منها ، و900،000 من تلك الألياف ترسل هذه الأنواع الأربعة من المعلومات. لذلك نحن نكرر هذا النوع من الاشارات التي لدينا في العصب البصري.

ما نلاحظه في هذه اللقطات المأخوذة من عمل رقاقة الشبكية هي ضئيلة جدا. هي لا تلون بالأخضر كل مكان في الخلفية ، فقط على الحواف ، وهلم جرا. وهذا نفس الشيء الذي نشاهده عندما نضغط الفيديو بقصد إرسالها : نريد جعلها ضئيلة جدا ، لأن هذا الملف هو أصغر. وهذا ما تقوم به في شبكية العين ، وانها تفعل ذلك فقط مع الدوائر ، وكيف أن هذه الشبكة من الخلايا العصبية التي هي في التفاعل هناك ، والتي قمنا بامساكها على الرقاقة.

ولكن النقطة التي أريد أن أذكرها ، سأريكم هنا. فهذه الصورة هنا سوف تبدو مثل هذه هنا ، ولكن هنا سأريكم أنه بامكاننا إعادة بناء الصورة ، لذلك، كما تعلمون، يمكنكم تقريبا التعرف على كريم في ذلك الجزء العلوي هناك. هذا هو. نعم ، اذا هذه هي الفكرة. عندما نتوقف عن الحركة ، ترى فقط تناقض الضوء والظلام . ولكن عندما تتحرك ذهابا وإيابا ، شبكية العين تلتقط هذه التغيرات. ولهذا السبب ، وكما تعلمون ، اذا كنت جالسا هنا ويحدث شيء ما خلفك ، فستوجه نظرك مباشرة نحوه. توجد هذه الخلايا الحساسة للتغيير وهي تقوم بتوجيه انتباهكم نحوه. لذلك فهي مهمة جدا لاصطياد شخص ما يحاول التسلل نحوك.

اسمحوا لي أن أنهي كلامي بالقول إن هذا هو ما يحدث عند نقحم افريقيا في بيانو ، موافق. تم تعديل هذا البرميل الصلب هنا ، وهذا ما يحدث عند وضع افريقيا في البيانو. وما أود أن نقوم به ، هو وضع أفريقيا في الكمبيوتر ، والتوصل الى نوع جديد من الكمبيوتر من شأن هذا أن يولد الفكر والخيال ، أن تكون خلاقة واشياء من هذا القبيل. شكرا لكم. (تصفيق).

كريس اندرسون : لدي سؤال لك ، كوابينا. هل وضعت في تفكيرك و فيما تفعلونه ، مستقبل أفريقيا ، وهذا المؤتمر -- هل يمكن ايجاد صلات ، إن وجدت ، بينهما؟

كوابينا بواهن : نعم ، وكما قلت في البداية. حصلت على أول حاسوب لي عندما كنت مراهقا يافعا، في أكرا. وكان لدي رد فعل غريزي بأن هذه طريقة خاطئة لتحقيق ذلك. كان عبارة عن القوة الغاشمة ، ولم يكن ذلك أنيقا بالمرة. لا أعتقد أنني كنت سأقوم برد الفعل هذا ، إذا كنت قرأت كل هذا الخيال العلمي في صغري ، نسمع عن RD2D2 ، أيا كان اسمه ، وفقط -- كما تعلمون ، الشراء في هذا الضجيج أجهزة الكمبيوتر. كنت قادما اليها من منظور مختلف ، و كان لدي وجهة نظر مختلفة للتعاطي مع المشكلة. واعتقد ان الكثير من الناس في أفريقيا لديهم وجهة النظر المختلفة هذه ، والتي أعتقد أنها سيكون لها أثر على التكنولوجيا. وسيكون لها تأثير على كيفية تطور الامور. واعتقد انك ستكون قادرا على رؤية ، واستخدام هذا التسريب ، لتكتشف أشياء جديدة ، لأنك قادم من منظور مختلف. وأعتقد أننا يمكننا أن تساهم ، يمكننا أن نحلم مثل أي شخص آخر.

كريس اندرسون : شكرا كوابينا ، كان هذا مثيرا للاهتمام حقا. شكرا لك.

(تصفيق).