Exercițiile de aritmetică din învățământul primar continuă să fie o amintire proaspătă în mințile noastre. O multiplicare efectuată cu un creion pe o foaie de hârtie, cum ar fi 4537 x 6958, poate dura chiar și un minut. Desigur, astăzi, având telefonul la îndemână, putem obține instantaneu rezultatul. Procesoarele din telefoanele noastre mobile pot efectua zeci sau sute de miliarde de astfel de calcule pe secundă cu un consum extrem de redus, făcându-le mult mai eficiente decât creierul nostru lent, care consumă aproximativ 20 de wați și necesită mult mai mult timp pentru a ajunge la același rezultat.
Creierul nostru nu a evoluat pentru a face aritmetică, dar excelează în procesarea unui flux constant de informații din mediul înconjurător și în reacționarea la aceste informații – de multe ori mult mai repede decât ne dăm seama. Indiferent de cât de mult ar consuma un computer convențional, acesta se va confrunta cu dificultăți în realizarea multor sarcini pe care creierul le poate efectua cu ușurință, cum ar fi înțelegerea limbajului sau recunoașterea obiectelor sau persoanelor.
Dacă s-ar putea construi o mașină cu puterea de calcul a unui computer și cu eficiența energetică a creierului, ar reprezenta o adevărată revoluție. Mai multe astfel de sisteme ar putea aduna foarte rapid date din diferite domenii precum știința sau medicina pentru a descoperi relații cauzale sau pentru a realiza predicții. Aceeași tehnologie ar putea fi utilizată și pentru dispozitive de mici dimensiuni, cu un consum redus de energie, pentru a ne amplifica simțurile sau pentru a emula semnalele neuronale la persoanele cu paralizie.
Dar nu este prea devreme pentru o astfel de încercare îndrăzneață? Cunoștințele noastre despre modul în care funcționează creierul sunt destul de limitate pentru a începe construirea de tehnologii bazate pe această funcționare. Totuși, chiar și emularea unor trăsături de bază ale circuitelor neuronale ar putea stimula semnificativ multe aplicații cu relevanță comercială. Cât de fidel ar trebui să imite detaliile biologice pentru a atinge nivelul de performanță al creierului rămâne o întrebare deschisă.
### Diferențe între sistemele artificiale și cele biologice
O trăsătură esențială a calculatoarelor convenționale este separarea fizică a memoriei, care stochează date și instrucțiuni, de cea logică, care prelucrează aceste date (procesorul). Creierul nostru nu dispune de o astfel de distincție. Computația și stocarea datelor sunt realizate simultan la nivel local într-o rețea vastă formată din aproximativ 100 de miliarde de celule neuronale (neuroni) și peste 100 de miliarde de conexiuni. Tot ce face creierul este determinat de acele conexiuni și de modul în care fiecare neuron reacționează la semnalele primite de la alți neuroni.
Atunci când discutăm despre capabilitățile extraordinare ale creierului uman, ne referim de obicei la cea mai recentă adăugire în cursul evolutiv: neocortexul. Acest strat subțire, foarte pliat, constituie exteriorul creierului nostru și îndeplinește un set divers de sarcini, inclusiv procesarea informațiilor senzoriale, controlul mușchilor, memoria și învățarea. Această gamă largă de abilități diverse este realizată printr-o structură relativ uniformă: șase straturi orizontale și un milion de coloane verticale de 500 micrometri, toate construite din neuroni care integrează și distribuie informații codificate electric.
Ca toate celulele din corpul uman, un neuron are de obicei un potențial electric de aproximativ -70 milivolți, denumit potențialul de membrană. Aceasta reprezintă diferența de potențial electric între interiorul și exteriorul unei celule biologice. Toate celulele biologice sunt înconjurate de o membrană formată dintr-un bistrat fosfolipidic, având integrate în ea o varietate de tipuri de proteine. Potențialul de membrană apare în principal din interacțiunea dintre membrană și acțiunile a două tipuri de proteine transmembranale incluse în membrană. Membrana funcționează atât ca un izolator, cât și ca un baraj.
