16 мая 2012

Сравнение компьютерной и человеческой памяти

Эрнест Халамайзер

+1Комментировать

В массовом сознании память до сих пор воспринимается как аналог жесткого диска, только менее точный и надежный. Эта аналогия в корне неверная. Почти по всем параметрам человеческая память принципиально отличается от машинной.

Сравним их по нескольким показателям: энергонезависимость, объем памяти, пропускная способность интерфейсов, способ хранения данных, механизмы запоминания и воспроизведения информации, файловая система, необходимость в перерывах на обслуживание, надежность.

Энергонезависимость

Компьютерная память бывает как энергозависимой, так и энергонезависимой. Человеческая память бывает только энергозависимой. Остановка сердца вызывает смерть мозга и потерю данных уже через 6 минут.

Объем памяти

Точно измерить объем долговременной памяти человека крайне трудно, хотя попытки предпринимаются (некоторые расчеты показывают, что она измеряется сотнями терабайт). Скорее всего, наша память соизмерима с возможностями современной вычислительной техники.

Кратковременную (оперативную) память измерить проще. Не гигабайтами, конечно, а по количеству объектов, которые человек способен удержать в памяти без повторения: семь плюс-минус два. Компьютеры в этом плане ушли гораздо дальше.

Что же касается количества одновременно запущенных процессов, то здесь дела еще хуже. В полной мере мы можем сосредоточиться только на одной задаче. Параллельные процессы могут выполняться лишь когда сознательные мыслительные усилия не требуются или требуются по минимуму (курить, слушать музыку, чесать ногу).

Стандарт обмена данными

Внутри компьютера обмен данными происходит в виде электрических сигналов.

В мозге отдельные нейроны тоже оперируют электрическими сигналами, но для передачи данных по синапсам преобразуют их в менее эффективные химические соединения, что ведет к потере тепла и информации.

Пропускная способность интерфейсов

Пропускная способность компьютерных интерфейсов достигает десятков гигабайт в секунду.

Человеческие нейроинтерфейсы измерить сложнее, но по существующим оценкам их возможности скромнее. Органы чувств способны принять до 11 Мбит/с, а вот осознанно человек усваивает не более 40 бит/с. Более того, большую часть времени наш осознанный информационный поток составляет всего 16 бит/с.

Способ хранения данных

Вычислительные устройства хранят информацию на жестком диске или его аналогах. У человека воспоминания предельно атомизированы и фрагментированы по всему мозгу. Память о неприятных эмоциях хранится в миндалевидном теле, графика — в визуальной коре, звук — в слуховой коре и так далее.

Запоминание и воспроизведение информации

Первое: компьютеры воспроизводят информацию в точности так, как записано. Мозг в готовом виде ничего не хранит, он оперирует системой перекрестных ссылок. В момент активации воспоминания создаются специальные белки, с их помощью между нужными участками мозга устанавливаются связи и воспоминание оживает. Самая близкая аналогия — театральная постановка: сценарий каждый раз один и тот же, но могут быть различия в деталях.

Второе: машинная память не зависит от контекста. Мозг же старается запоминать только самое главное (суть) и с привязкой к контексту. Чтобы запомнить и вспомнить, нам нужны ассоциации и желательно та обстановка, которая была на момент события. Это ускоряет доступ к часто используемым данным, но снижает скорость работы с памятью в целом.

Существуют люди с феноменальной памятью, но они либо страдают от когнитивных расстройств, либо натренированы с помощью приемов мнемоники, то есть опять-таки умения использовать контекст.

Файловая система

Электроника точно знает, где что хранится благодаря файловой системе. В мозге же царит бардак. Файловой системы нет, а есть огромная свалка данных с наклеенными на них стикерами контекста: «день рождения», «поцелуй Юли», «укусила собака», «напился и прыгнул в реку, потом вскочил чирей», «впервые увидел игровой автомат». Компьютер обращается к своей памяти с конкретными запросами: кто, что, где, когда. Запрос к мозгу выглядит куда менее формально: «Есть что по теме?»

Перерывы на обслуживание

По одной из теорий сон нужен для консолидации памяти. Во время бодрствования постоянный поток информации ведет к росту синаптической проводимости в мозге, и со временем это делает работу мозга неэффективной. Сон снижает синаптическую проводимость до оптимального уровня.

Компьютеры могут работать дольше, но и им нужны иногда перерывы — например, из-за утечек памяти.

Надежность

В плане надежности обе системы примерно на равных. Вычислительные устройства хранят данные на жестком диске. В случае его неисправности данные пропадают, а компьютер выходит из строя. С другой стороны, содержимое жесткого диска можно продублировать с помощью RAID или настроить бэкапы.

Мозг менее надежный, но более гибкий. Человеческая память сама по себе организована не лучшим образом, а в случае травмы есть вероятность амнезии. Но память иногда возвращается, а человек может сохранить работоспособность и способность к запоминанию даже при очень тяжелых травмах головы и потере значительной части мозга.

Почему память устроена так бестолково?

Компьютеры занимаются только вычислениями и хранением данных. Они под это специально оптимизированы.

Человеческий геном на 98,5% идентичен геному шимпанзе. Мозг тоже проектировался эволюцией в основном под нужды животного. А что нужно животному? Найти еду, убежать от хищника, победить соперника в стае, спариться с самкой. Ничего сложнее, чем групповая иерархия и история взаимоотношений с сородичами обезьяне запоминать не приходится. Поэтому и наш мозг оптимизирован не для размышлений (фокусировка на интеллектуальных задачах требует больших усилий) и запоминания больших объемов данных, а прежде всего для управления телом.

Косвенным свидетельством этого является нынешнее состояние робототехники. Роботы легко справляются со сложными вычислениями, а вот простые движения (поймать мяч, подняться по лестнице) даются им с огромным трудом.