我想問下 , 人腦既短暫記憶 同 長期記憶
點樣同 電腦既 RAM同 ROM 作比喻~
或者有其他例都可以~
電腦 同 人腦 有咩可以用黎比喻到架?
2007-05-24 8:46 pm
回答 (2)
2007-05-24 9:06 pm
前的生物化學對於人腦的記憶儲存機制還不是很清楚啦，不過要談到人腦的記憶機制，首先就得看一下人腦是如何處理訊息的。
人腦處理訊息的模式理論上可以算是數位 （digit） 的形式，因為神經衝動（Nerve impulse） 是一種全有全無 （All or none： 這在前幾封信的學長有提到過） 的方式，也就是神經電位有所謂的閾值，這剛好符合數位處理的 0 與 1，在某個神經電位之下的電位被解釋成 0 （or 1），而其上的值則被解釋成 1 （or 0）。
既然神經衝動是屬於數位方式，但是，人的腦部是否就和電腦一樣呢? 答案很明顯，當然不是。 現在讓我們將角度放在人腦和電腦的單位層次，來比較看看神經元 （Neuron） 和電晶體 （transistor） 的差異。
一般來說，transistor 有所謂的輸入 （Input） 和輸出 （Output） 端 （end），如果我記得沒錯的話 （畢竟不是電機科系的，說錯還希望前輩指正），在各個logic 下的 transistor 其大多只有兩個 Input end，一個 Output end，和
其它 transistor 以極為有序的平面網路 （2-D network） 結構相連在一起，構成 AND，OR，XOR....等邏輯運算和 ADD，SHIFT.... 等算數運算，而構成這些單元後，這些單元的功能就此限制住了，沒辦法再修改，亦及 ADD 就是ADD，不能變成 AND....。
可是 neuron 呢? 以一般最常見的 neuron 來考慮，有所謂的樹突 （dendrite）和軸突 （axon） 分別處理 Input 和 Output 的訊號。 和 transistor 相似的，neuron 的 axon 通常只有一個，可是 dendrite 呢? 平均在十萬以上，再加上 neuron 和 neuron 之間是屬於亂序的立體網路 （3-D network），這使得 neuron雖然也是處理 0 與 1，可是一群 neuron 結合起來，卻沒有特定的功能了。
就以下面來比喻吧： 當某一區域具有 A，B，C，D，E，F 六個 neuron，假設當它們以A-B-C-D-E-F 來當 information pathway 時，所具有的功能為 ADD，可是在複雜的 3-D network 構成下，它可能還有另外的 information pathway，但不論information pathway 為那條，A-C-B-D-E-F 雖然只有 BC 對調，但同樣包含這相同 6 個 neuron 的 pathway 所具有處理能力就和原先不一樣了，也就是說，XOR，AND，SHIFT....都有可能....
Neuron 這樣的功能表示什麼呢? 表示人的腦部能夠在有限的 neuron 中，"重疊而平行地" 處理許多事件。 我們可能在馬路上開車，突然之間一個小孩跑出來，經過眼睛收到訊息後，我們緊急踩下煞車，握緊方向盤，腎上腺素大量分泌，交感神經興奮....。等等顯在和隱藏的處理程序發生了。 請允許我這樣比喻，在現在的 MPP 超級電腦中，我們是用大量的 CPU 來達成平行處理，可是人腦卻十分精巧地利用 neuron-neuron 間的突起連結成一個嘆為觀止的單一 CPU 卻具有多 CPU 的能力，或許我們更可以這樣猜測，人腦是同時具有處理和儲存能力的 "CPU"，就拿一些數據來比較吧，人腦中的 neuron 約有一百四十億個，而目前人類在處理器實作中就屬 Alpha 有將近一千萬個 transistor 最多。
事實上很明顯，人腦大約是 Alpha 的 1400 倍，加上能 "虛擬" 的處理數....。你能想像人腦所具有的潛能嗎?
不過這也只是將人腦比做電腦才有這樣子的比較，事實上的情形，人腦和電腦屬於兩種不同領域的東西，雖然就某種方面來說具有相關性 （皆是某種形式的stimulus & response），但很難將兩者視為平起平坐的 "處理器"....
以上是電腦和人腦的某種數字遊戲，接下來的 Post 將討論到一些人類記憶原理的假說了....。
還記得在六十年代和七十年代的幾項老鼠實驗吧? 那時候的環境正是核酸（nucleic acid） 和蛋白質 （protein） 的時代，許許多多的生化機制都被NA 和 protein 所闡明。 其中有一群科學家利用老鼠做了一個實驗，他們原本訓練一隻老鼠 （A），等 A 訓練完後，他們將 A 的腦萃取出蛋白質，然後送入另一隻老鼠 （B） 的體內，結果他們很驚訝的發現 B 不用經過訓練便可以具有 A 的行為模式。 於是，他們便懷疑，腦中的儲存物質很可能是 protein。
如果我們腦中的儲存物質是 protein 的話，那麼我們就大約可以算出人類腦中最大可以儲存的極限容量了。 一般來說，人類腦的重量約二到三公斤，而身體中約有 66% 是由水組成，那麼我們可以這樣假設了：
假設某人的腦重量為 3 公斤，而我們可以完全排出腦中的水和不需要生化機制的 NA 和 protein，所以我們可以得到最大 memory protein 為兩公斤，而每一個 Amino Acid 的平均分子量為 120，於是我們所能具有的全部 a.a.數為：
2000 / 120 = 16。67 mole ，即 16。67 x 6 * 10^23 個
也就是所有用來儲存的 a.a. sequence 有 10^25 個，然而每個 sequencelocation 可以由 20 種a.a. 所構成，這和電腦所定義的 byte 數不一樣，因為電腦中是以 8 bit 為 1 byte，而 1 bit 為 1 和 0 的組合。 我們不知道生物儲用的 "byte" 為幾 "bit"，我們只知道可能的 "bit" 有 20 種變化....。
於是，我們不管 protein 以何形式來儲存 real world 的 Data。 也不管腦中 receptor or binding protein 如何解譯 memory protein sequence。好吧，如果我們這麼想知道人類的極限能力的話，我們假設我們一樣是8 "bit"（bio-bit） 組成一個 bio-byte，只是這個 bit 很奇怪，有 20 種變化。 因此在生物中對於 real world 的 information 種類就有 20^8 定義，大約 256 * 10 ^ 8，比電腦 ASCII 的 256 種變化多多了，看起來似乎能夠代表 real world 的所有資訊，那我們就這樣假定了。
因此，我們能夠記憶的最大容量是 10^25 bio-byte，換算成硬碟的容量是：
total bytes = 10^25 / 8 = 1。25 * 10^24 （近似於 10^24）
10^24 / 10^（6+3） = 10^15 bio-GB，以全球一年 HDD 一億臺出貨量來說，大約要 10^15 / （10*10^8） = 10 ^ 6 （ 假設每台 10GB ），相當於要一百萬年才能生產出一個人腦中儲存總容量的 "總硬碟" 數目....
如果這個理論正確的話，那麼就算一個細胞中只有 1% 的 protein 用來memory 外，還是得上萬年才生產的出來....
近年來在生物化學的領域中，基因研究一直是個相當熱門的話題，也是目前生物科技探索次細胞世界的主要方法。 依據六七十年代的老鼠研究，我們大概可以瞭解人的記憶這件事情和 protein 脫不了關係，可是問題就出現在這兒，"記憶和 protein 脫不了關係" 在邏輯上並不是 "記憶物質就是 protein" 的同義詞，那麼如果真有記憶物質的話，它到底是什麼? 機制為何?
人腦處理訊息的模式理論上可以算是數位 （digit） 的形式，因為神經衝動（Nerve impulse） 是一種全有全無 （All or none： 這在前幾封信的學長有提到過） 的方式，也就是神經電位有所謂的閾值，這剛好符合數位處理的 0 與 1，在某個神經電位之下的電位被解釋成 0 （or 1），而其上的值則被解釋成 1 （or 0）。
既然神經衝動是屬於數位方式，但是，人的腦部是否就和電腦一樣呢? 答案很明顯，當然不是。 現在讓我們將角度放在人腦和電腦的單位層次，來比較看看神經元 （Neuron） 和電晶體 （transistor） 的差異。
一般來說，transistor 有所謂的輸入 （Input） 和輸出 （Output） 端 （end），如果我記得沒錯的話 （畢竟不是電機科系的，說錯還希望前輩指正），在各個logic 下的 transistor 其大多只有兩個 Input end，一個 Output end，和
其它 transistor 以極為有序的平面網路 （2-D network） 結構相連在一起，構成 AND，OR，XOR....等邏輯運算和 ADD，SHIFT.... 等算數運算，而構成這些單元後，這些單元的功能就此限制住了，沒辦法再修改，亦及 ADD 就是ADD，不能變成 AND....。
可是 neuron 呢? 以一般最常見的 neuron 來考慮，有所謂的樹突 （dendrite）和軸突 （axon） 分別處理 Input 和 Output 的訊號。 和 transistor 相似的，neuron 的 axon 通常只有一個，可是 dendrite 呢? 平均在十萬以上，再加上 neuron 和 neuron 之間是屬於亂序的立體網路 （3-D network），這使得 neuron雖然也是處理 0 與 1，可是一群 neuron 結合起來，卻沒有特定的功能了。
就以下面來比喻吧： 當某一區域具有 A，B，C，D，E，F 六個 neuron，假設當它們以A-B-C-D-E-F 來當 information pathway 時，所具有的功能為 ADD，可是在複雜的 3-D network 構成下，它可能還有另外的 information pathway，但不論information pathway 為那條，A-C-B-D-E-F 雖然只有 BC 對調，但同樣包含這相同 6 個 neuron 的 pathway 所具有處理能力就和原先不一樣了，也就是說，XOR，AND，SHIFT....都有可能....
Neuron 這樣的功能表示什麼呢? 表示人的腦部能夠在有限的 neuron 中，"重疊而平行地" 處理許多事件。 我們可能在馬路上開車，突然之間一個小孩跑出來，經過眼睛收到訊息後，我們緊急踩下煞車，握緊方向盤，腎上腺素大量分泌，交感神經興奮....。等等顯在和隱藏的處理程序發生了。 請允許我這樣比喻，在現在的 MPP 超級電腦中，我們是用大量的 CPU 來達成平行處理，可是人腦卻十分精巧地利用 neuron-neuron 間的突起連結成一個嘆為觀止的單一 CPU 卻具有多 CPU 的能力，或許我們更可以這樣猜測，人腦是同時具有處理和儲存能力的 "CPU"，就拿一些數據來比較吧，人腦中的 neuron 約有一百四十億個，而目前人類在處理器實作中就屬 Alpha 有將近一千萬個 transistor 最多。
事實上很明顯，人腦大約是 Alpha 的 1400 倍，加上能 "虛擬" 的處理數....。你能想像人腦所具有的潛能嗎?
不過這也只是將人腦比做電腦才有這樣子的比較，事實上的情形，人腦和電腦屬於兩種不同領域的東西，雖然就某種方面來說具有相關性 （皆是某種形式的stimulus & response），但很難將兩者視為平起平坐的 "處理器"....
以上是電腦和人腦的某種數字遊戲，接下來的 Post 將討論到一些人類記憶原理的假說了....。
還記得在六十年代和七十年代的幾項老鼠實驗吧? 那時候的環境正是核酸（nucleic acid） 和蛋白質 （protein） 的時代，許許多多的生化機制都被NA 和 protein 所闡明。 其中有一群科學家利用老鼠做了一個實驗，他們原本訓練一隻老鼠 （A），等 A 訓練完後，他們將 A 的腦萃取出蛋白質，然後送入另一隻老鼠 （B） 的體內，結果他們很驚訝的發現 B 不用經過訓練便可以具有 A 的行為模式。 於是，他們便懷疑，腦中的儲存物質很可能是 protein。
如果我們腦中的儲存物質是 protein 的話，那麼我們就大約可以算出人類腦中最大可以儲存的極限容量了。 一般來說，人類腦的重量約二到三公斤，而身體中約有 66% 是由水組成，那麼我們可以這樣假設了：
假設某人的腦重量為 3 公斤，而我們可以完全排出腦中的水和不需要生化機制的 NA 和 protein，所以我們可以得到最大 memory protein 為兩公斤，而每一個 Amino Acid 的平均分子量為 120，於是我們所能具有的全部 a.a.數為：
2000 / 120 = 16。67 mole ，即 16。67 x 6 * 10^23 個
也就是所有用來儲存的 a.a. sequence 有 10^25 個，然而每個 sequencelocation 可以由 20 種a.a. 所構成，這和電腦所定義的 byte 數不一樣，因為電腦中是以 8 bit 為 1 byte，而 1 bit 為 1 和 0 的組合。 我們不知道生物儲用的 "byte" 為幾 "bit"，我們只知道可能的 "bit" 有 20 種變化....。
於是，我們不管 protein 以何形式來儲存 real world 的 Data。 也不管腦中 receptor or binding protein 如何解譯 memory protein sequence。好吧，如果我們這麼想知道人類的極限能力的話，我們假設我們一樣是8 "bit"（bio-bit） 組成一個 bio-byte，只是這個 bit 很奇怪，有 20 種變化。 因此在生物中對於 real world 的 information 種類就有 20^8 定義，大約 256 * 10 ^ 8，比電腦 ASCII 的 256 種變化多多了，看起來似乎能夠代表 real world 的所有資訊，那我們就這樣假定了。
因此，我們能夠記憶的最大容量是 10^25 bio-byte，換算成硬碟的容量是：
total bytes = 10^25 / 8 = 1。25 * 10^24 （近似於 10^24）
10^24 / 10^（6+3） = 10^15 bio-GB，以全球一年 HDD 一億臺出貨量來說，大約要 10^15 / （10*10^8） = 10 ^ 6 （ 假設每台 10GB ），相當於要一百萬年才能生產出一個人腦中儲存總容量的 "總硬碟" 數目....
如果這個理論正確的話，那麼就算一個細胞中只有 1% 的 protein 用來memory 外，還是得上萬年才生產的出來....
近年來在生物化學的領域中，基因研究一直是個相當熱門的話題，也是目前生物科技探索次細胞世界的主要方法。 依據六七十年代的老鼠研究，我們大概可以瞭解人的記憶這件事情和 protein 脫不了關係，可是問題就出現在這兒，"記憶和 protein 脫不了關係" 在邏輯上並不是 "記憶物質就是 protein" 的同義詞，那麼如果真有記憶物質的話，它到底是什麼? 機制為何?
2007-05-24 9:04 pm
現在人類暫時還未能夠完全了解人腦
有人認為現在我們只使用了腦部一小部份
但夠竟人腦有多大的記憶力?
還是沒有一個明確的答案吧......
有人認為現在我們只使用了腦部一小部份
但夠竟人腦有多大的記憶力?
還是沒有一個明確的答案吧......
參考: myself
收錄日期: 2021-04-12 19:42:19
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070524000051KK01728