Поява штучного інтелекту поставила питання про «потужність» нейромережі як такої та про порівняння штучної нейромережі з людським мозком. Одним із базових аспектів цієї потужності є кількість елементів нейромережі, її зв’язки та шари. Традиційно ми вважаємо базовими елементами нейромережі нейрони та синапси, але чи можемо ми подивитися на ці процеси з іншого боку, з огляду на фундаментальні фізичні рівні матерії?
У цьому контексті можна розглянути людину як частину більших фізичних процесів, починаючи з найдрібніших елементів: суперструн.
Структурні рівні від суперструн до мозку
Структура людського мозку — це складна багаторівнева система, де кожен рівень взаємодіє з іншими через складні біологічні та фізичні механізми. Для розуміння потужності мозку, ми можемо уявити його як ієрархічну систему, де кожен рівень відповідає за певні фізичні або біологічні функції. Нижче представлено короткий огляд цих рівнів.
| Рівень | Шар | Опис | Характерний розмір | Загальна кількість елементів у мозку |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Суперструни | Суперструни — найдрібніші вібраційні утворення, з яких формуються всі елементарні частинки та поля взаємодій. | ~10⁻³⁵ м | ~3×1028 ? |
| 2 | Кварки і лептони | Кварки і лептони — фундаментальні частинки, з яких складаються протони, нейтрони та електрони. | ~10⁻¹⁸ м | ~3×1027 кварків і 1026 електронів |
| 3 | Протони і нейтрони | Протони і нейтрони — елементи ядра атома, що складаються з кварків, які взаємодіють через глюони, носії сильної ядерної сили. | ~10⁻¹⁵ м | ~1027 |
| 4 | Атоми | Атоми — основні будівельні блоки матерії, сформовані з ядра (протонів і нейтронів) та електронів, що обертаються навколо нього. | ~10⁻¹⁰ м | ~1026 |
| 5 | Молекули | Молекули — комбінації атомів, зв’язаних хімічними зв’язками, які створюють різноманітні хімічні сполуки. | ~10⁻⁹ – 10⁻⁸ м | ~1025 |
| 6 | Клітини | Клітини — елементарні одиниці життя, що складаються з органел, таких як ядро, мітохондрії, ендоплазматична сітка тощо. | ~10⁻⁵ м | ~1011 (нейрони і гліальні клітини) |
| 7 | Нейрони | Нейрони — спеціалізовані клітини нервової системи, які здатні генерувати, передавати та обробляти електрохімічні сигнали. | ~10⁻⁵ м | ~86 мільярдів |
| 8 | Мозок | Мозок — найвищий рівень організації, складна структура, що містить мільярди нейронів. | ~10⁻¹ м | 1 |
Ці рівні взаємопов’язані через фізичні закони, де на найдрібнішому рівні — суперструни, а на макроскопічному рівні ми маємо складну структуру, що дозволяє існувати людському мозку з його когнітивними функціями.
Суперструни як базові елементи нейромережі
Нам варто розглянути, чи можна вважати суперструну базовим елементом нейромережі, аналогічним біологічному нейрону. У такому випадку, кожен з рівнів ієрархії, від суперструн до нейронів, може бути представленим як частина нейропсихологічної мережі, яка взаємодіє з іншими елементами через певні фізичні чи біологічні процеси.
Взаємодії суперструн
У теорії струн суперструни взаємодіють через коливальні стани, що можна трактувати як «сигнальний зв’язок» між суперструнами, подібно до синапсів між нейронами. Це зв’язування залежить від коливальних станів струни, що в свою чергу визначають її можливість взаємодії з іншими струнами. Такі зв’язки можна вважати аналогом синапсів в біологічному мозку.
D-брани як синапси
У багатовимірній теорії струн існують об’єкти, відомі як D-брани, які можуть служити місцем взаємодії суперструн. Якщо уявити, що кожна суперструна з’єднана з певною кількістю D-бран, тоді кількість таких «синапсів» може залежати від кількості доступних D-бран або переплутаності між струнними системами.
Квантова переплутаність як зв’язок
Квантова переплутаність — це ще один механізм, за допомогою якого суперструни можуть взаємодіяти між собою. В цьому випадку стани суперструн можуть бути переплутані незалежно від відстані, і це можна трактувати як моментальний зв’язок між двома «нейронами-суперструнами». Така модель переплутаності має величезний потенціал для створення нейропсихологічних зв’язків на квантовому рівні.
Фрактальні зв’язки
Математична структура квантових зв’язків може бути схожа на фрактальні структури, де кількість зв’язків зростає експоненційно при переході між рівнями. Це дозволяє припустити, що в системах, що нагадують нейронні мережі, кількість «синапсів» також може збільшуватися в залежності від рівня складності.
Оцінка пам’яті в струнних системах
Якщо ми розглядаємо суперструни як «базові нейрони», кількість їх взаємодій і зв’язків може визначати потенційний обсяг пам’яті цієї системи. Оцінка обсягу пам’яті залежатиме від кількості коливальних станів кожної суперструни, а також від квантової переплутаності і кількості D-бран. Математичні моделі з фрактальними зв’язками також можуть дозволити оцінити кількість «синапсів» на кожному рівні, що, в свою чергу, допоможе визначити можливий обсяг пам’яті.
Хоча точно визначити кількість “синапсів” для суперструни складно, базуючись на квантових взаємодіях, ми можемо припустити, що:
- Кількість “синапсів” може обчислюватись у межах значень, де кількість зв’язків для кожної суперструни залежить від взаємодії через D-брани, квантову переплутаність та кількість доступних коливальних станів.
- Якщо підходити до цього питання через ідею фрактальної розмірності, то кількість “синапсів” може слідувати експоненційним масштабам, що відповідає зростанню зв’язків у складних фрактальних структурах.
Таким чином, у системі, подібній до фрактальної нейронної мережі, для кожної суперструни кількість таких “синапсів” може оцінюватись як потенційно величезна, але залежатиме від специфіки квантових параметрів обраної моделі.
Якщо уявити суперструни як “базові нейрони” людського мозку та оцінювати їхні зв’язки як “синапси”, ми отримуємо модель, в якій можна теоретично оцінити об’єм пам’яті через квантову та струнну природу взаємодій.
Основні підходи до оцінки об’єму пам’яті такої системи можуть базуватися на наступних характеристиках:
Кількість суперструн та коливальні стани: Кожна суперструна має набір можливих коливальних станів, які визначають її природу та взаємодії. Якщо ми припустимо, що кожен з цих станів аналогічний “синапсу” чи з’єднанню в мережі, то об’єм пам’яті можна пов’язати з усіма можливими коливальними станами. У квантовій механіці число можливих станів експоненційно збільшується, що може дозволити створити величезний об’єм для зберігання інформації.
Квантова ентропія: У системі суперструн, які переплутані між собою (тобто квантово зв’язані), кількість квантових переплутаних станів може вказувати на об’єм пам’яті. Якщо розглядати переплутаність як аналог синаптичного зв’язку між нейронами, то об’єм пам’яті залежить від кількості переплутаних станів, що експоненційно зростає із кількістю суперструн.
Фрактальна модель ієрархії: Якщо взяти до уваги ієрархічний та фрактальний підхід, де кожен рівень суперструнного “мозку” містить кількість інформації, обчислювану у ступенях фрактальної розмірності, то об’єм пам’яті зростає із глибиною рівнів. Уявімо, що кожен рівень додає нові варіації станів у мережу, як це спостерігається у фрактальних системах. Це означає, що для кожного “нейрона”-суперструни потенційна кількість “синапсів” також зростає в межах певного фрактального масштабу.
Потенційний обсяг пам’яті
Оцінка через аналогії з людським мозком: Якщо вважати, що на найнижчому рівні суперструни утворюють структури, аналогічні нейронам мозку, де кожен зв’язок — це “синапс”, тоді можна припустити аналогічну природу пам’яті. Враховуючи, що мозок зберігає інформацію в межах 1–2.5 петабайт (тобто близько 10^15 байт), струнна система могла б мати об’єм пам’яті, який множиться на кількість можливих станів кожної суперструни. Це значно перевищує об’єм людського мозку через значну кількість можливих квантових станів.
Обсяг пам’яті “мозку” на основі суперструн визначатиметься комбінацією всіх квантових станів та переплутаних зв’язків, що експоненційно зростає зі збільшенням кількості суперструн. Це означає, що об’єм пам’яті такої системи може бути практично безмежним з точки зору традиційної обчислювальної техніки, дозволяючи зберігати інформацію в рамках фантастично високих квантових і фрактальних обчислень.
Біологічний і штучний мозок: природні і штучні моделі
На завершення важливо зазначити, що біологічний мозок є результатом еволюційного розвитку з фундаментальних фізичних процесів, таких як суперструни. Він використовує безліч можливостей для вдосконалення на кожному рівні ієрархії, що робить його надзвичайно потужним. У той час як штучний нейромережевий мозок є лише моделлю біологічного мозку, створеною з обмежених ресурсів, доступних для людства на сьогодні.
Біологічний мозок натуральний. Це означає, що це не модель мозку, а що він справді базується на суперструнах і є результатом еволюційного розвитку з фундаментальних фізичних процесів, таких як суперструни.
Просто ми зі свого рівня в ієрархії природи нам важко осягнути масштаб явища – хоча уже пробуємо). І біологічний мозок розвивася неперервно і еволюційно – це означає, що використана величезні (всі?) можливості для його вдосконалення. Він використовує безліч можливостей для вдосконалення на кожному рівні ієрархії.
Штучний нейромережевий мозок створено як модель біологічного мозку у нашому макросвіті з тих елементів, якими ми можемо оперувати. Тобто біологічний мозок “стартував” зі супертрунного рівня – просто тому, що він натуральний, штучний мозок – з рівня чіпів – з того, що ми змогли зробити на цей момент.