La Energía del Cerebro Humano Autolimita su Poder Computacional

MARIO CAMACHO PINTO
Académico de Número

Palabras claves: Mips. Megaflops. Joules. Watts. Nanotecnología.

Los expertos en informática no consideran apropiado seguir preguntando cuántos Mips o cuántos Megaflops constituyen la capacidad de ejecución del cerebro a ejemplo de un Supercomputador Cray o de un IBM Pc, sino cuántas operaciones computacionales puede ejecutar el encéfalo en fa unidad de tiempo o sea su poder computacional.

El enfoque neurofisiológico involucra tres aspectos contributorios para una respuesta positiva, a saber:

l. Poder computacional de las Synapsis intemeuronales.
2. Poder computacional de la retina como punto de referencia.
3. Medición de la energía total gastada por el cerebro en la unidad de tiempo.

l. Poder computacional de las Synapsis.

Engloba así mismo 3 premisas a saber:

a. El cerebro no puede “computar” si la programación de las señales NO se efectúa mediante el transporte de una Synapsis a la siguiente por el sofisticado mecanismo electroquímico que requiere una determinada cantidad de energía que limita su poder, como veremos adelante.

b. Este transporte toma tiempo que ha sido posible calcular en relación con la distancia total que todos los impulsos nerviosos tienen que recorrer, tiempo que se ha estimado en un segundo por cada diez impulsos.

c. El número de Synapsis actuantes se calcula en 10 15.

Así el total de “operaciones” será el resultado de la relación del número de Synapsis en juego con la distancia que tenga que recorrer el impulso nervioso y su velocidad de operancia.

Entonces como hay aproximadamente 1015 Synapsis operando a 10 impulsos por segundo, el resultado crudo sería evaluado en 1016 operaciones synapsiales del cerebro en la unidad de tiempo.

2. Poder computacional de la retina:

Este approach de valoración consiste en la estimación del poder computacional de la retina multiplicado por la relación de tamaño cerebro-retina. El tejido ocular ha sido relativamente hien estudiado desde este punto de vista obteniendo una estimación razonable de su poder operacional de 1010 adiciones análogas por segundo. Hay alrededor de 10x células nerviosas en la retina y 1011 en el cerebro, o sea que la retina es 1.000 veces más pequeña que el cerebro. Por este sistema se ha concluido que el cerebro puede efectuar 1013 adiciones análogas por segundo.

3. El tercer approach de valoración

Consiste en medir la energía total empleada por el cerebro cada segundo y luego determinar la energía utilizada para una “operación básica”. Un buen modelo para una “operación básica”, según los expertos, es la velocidad de un impulso nervioso en la distancia de 1 milímetro. Dividiendo la energía total por la propagación mencionada se puede obtener el número total de “operaciones básicas” por segundo.

Globalmente considerado el producto energético del cerebro es de 25 Watts, de los cuales solamente 10 Watts son utilizados para “computación útil”, el resto se pierde.

Sobre conducción de impulsos nerviosos la Neurofisiología nos enseña que la energía que se gasta en el transporte a lo lar~o de 1 mm. co~responde aproximadamente a 5 x 10-1. Joules (potencia menos 15). Por lo tanto un cerebro de 10 Watts puede a lo sumo efectuar 2 x 1015 “saltos” de 1 milímetro por segundo. Si asumimos· hipotéticamente que las Synapsis están más o menos 1 milímetro aparte, entonces una “operación Synapsial” vendría a ser prácticamente lo mismo que “un salto” de 1 milímetro o una “operación básica”.

Intuitivamente se puede acmitir la existencia de un mayor nivel de poder en algunos cerebros, lo que se puede explicar por “adición análoga de operaciones”.

En cambio los expertos en ciencia de computadores anticipan un devenir cercano en que superarán con creces el poder computacional crudo del cerebro, evaluado -como se explicó antes- entre 1013 y 1016. En efecto, ya tienen un multiprocesador IBM de paralelismo masivo con un poder de 1012 operaciones por segundo, el TF-I y anticipan que en pocas décadas lograrán también reducir el tamaño de las compuertas al de una molécula, aun cuando admiten que este microscópico Hardware les traerá grandes problemas de software que a su turno esperan resolver con la nueva ciencia denominada Nanotecnología, que hará posible construir casi cualquier estructura molecular químicamente estable y describirla con precisión en sus detalles atómicos.

y cuando la Nanotecnología llegue a su estado de madurez será posible construir un computador de escritorio de 1025 operaciones por segundo, equivalente a un billón de cerebros humanos. Para entonces ninguna actividad quedaría sin cambios.

Referencias:

MERPLE RALPH e. P.A.R.e. Computer Science Lab.
Energy limits to the computational Power of the Human Brain.
Foresight Update No. 6. 1989. Foresight 1nstitute. Parc Information Center S. Francisco CA. I.