呼吸的花朵與人機運算的比較－BBIO

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！

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！

相關資料