呼吸的花朵與人機運算的比較

Posted By Mr. Thursday

下面的FLASH是由 Arthur Shapiro 所製作的視覺錯覺。原本固定形狀的花朵,加上邊緣的線條,就會開始規律地扭轉,好像在呼吸一樣呢!

FLASH1 呼吸的花

Arthur Shapiro會在他的blog每天製作一個視覺的錯覺 (Visual Illusion)。也許會納悶,怎麼人的視覺系統會產生錯覺呢?這樣子不就不大好?其實我們也可以說,因為人類視覺系統如此特別,所以可以輕鬆地辨識物體,尤其在切割兩個重疊的影像的時候,我們可以很輕鬆地把同一盤菜裡面的菜和湯分開來,如果要用電腦來處理,目前仍然無法很容易地進行。

其中部分原因,是因為我們的視覺系統是用對比的訊號 (contrast),而不是像電腦的編碼,儲存的時候是用點陣圖的方式儲存,對比的資訊需要另外計算。電腦似乎就是用「絕對」的方式來處理視覺資訊,而人腦就是用一種「相對」的方式來處理視覺資訊,因此對電腦來說不容易的視覺工作,人腦是非常容易辦到,不過也因此會有副產品的產生,就是視覺上的錯覺了。之前曾經介紹的Ebbinghaus Illusion,就是可以說明我們使用相對資訊來處理視覺,因而產生錯覺的例子,您看!中間兩個圓圈是一樣大的,但是因為週遭圓圈大小不同,我們相對的視覺系統,就產生大小不同的錯覺了。

圖1 ebbinghaus illusion

除了「相對」的處理方式是人腦和電腦有所不同的地方,「平行計算」是另一個可以比較的地方。不過無論是電腦或是人腦,都會有平行計算,因此今天想探討的是另外一個問題,請各位先觀察一下下面這張圖片:

圖2 人腦XOR

這個圖片是由 Mark Changizi 所製作的,主要的想法是希望能夠利用人腦平行計算的能力,來解決一些邏輯上的運算。譬如說上面這張圖,是希望在圖的最上方可以放0或1,0的盒子會遠離觀賞者,1的盒子看起來會朝向觀賞者。接著觀賞著沿著這張設計好的圖,運用人腦的平行計算能力,看到圖片最下方的地方,如果感覺是朝向觀賞者,就說是1,如果最下面看起來是遠離觀賞者,就說是0。而這張圖的設計,可以讓觀賞者自然地從上面看到下面的時候,做了一個XOR (exclusive OR) 的運算。

不過我想探討的問題就是:平行計算應該是發生在運算初期的部分,無論是人腦還是電腦的平行計算。

先以計算機電腦為例子好了,平行計算可能是硬體本身有兩個以上的 CPU ,以及相對應的指令集和作業系統,以及程式語言函式庫支援平行計算的呼叫。然而整個平行計算的程式,表現出來的功能,則是一個完整的功能了,譬如說各種訂票系統,都有多執行緒的能力,如果裡面還能夠平行運算是更好了。不過如果要用一個完整的訂票系統,來模擬一個推薦文章系統,即使訂票系統是平行計算的系統,模擬出來的推薦文章系統就不會是平行計算的系統了。

人腦有很多神經細胞和神經連結,因此經過一些生物實驗之後,也發現至少視覺上,有平行處理的埠份,譬如說顏色相關的資訊,以及物體移動相關的視覺資訊,在視覺初期的處理上是兩條平行的路線,同時處理很多。視網膜上面的每一個光感受體,也是同一時間接受各個位置的訊號往後傳送。因此這部分來說,人腦是平行計算的。但是,當我們要辨認某個物體,或是分析影像輪廓,或是已經看出一個整體的影像的時候,這個階段我們已經不在是平行的,甚至我們無法一心兩用了!

圖3 女孩與老太婆的illusion

上面這張圖可以看成是一張美麗女孩的背影,或是老太婆的側面圖,只要把女孩的耳朵看成是眼睛就可以。

然而如果要同時注意這兩種輪廓,則是困難且不容易的,在這個階段,即使人腦是平行計算沒錯,但是功能上我們已經不是平行的了。因此剛才 Mark Changizi 所提出的,用圖片邏輯閘,應用人腦的平行計算能力,可以快速地執行邏輯運算,我的困惑點就是在這邊。因為這就如同用電腦來模擬人腦平行計算的部分,我們可能因為平行計算的能力,可以在1秒鐘之內辨識一張圖,但是同樣的運算架構,用電腦模擬,即使是多個 CPU ,可能要一天才會辨識出來了。同樣地,電腦可能一秒鐘可以執行一千多的邏輯運算,但是要用人腦運算後期,已經是完整影像的辨識功能,來模擬電腦的邏輯運算,或許不但不會快反而慢很多倍!因此我認為,這種人腦的邏輯閘圖片,可能不像 CAPTCHA 那樣地具有運用人腦運算的價值了!

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