Le cerveau, d’une puissance extraordinaire comparé aux meilleurs superordinateurs du monde

C’est une véritable leçon d’humilité, à l’ère de l’informatique, de constater que le cerveau humain reste une énigme.

Alors que nous dépensons des millions pour développer des superordinateurs toujours plus sophistiqués, d’énormes quantités d’énergie pour alimenter des appareils compliqués, le cerveau humain, toujours maniable, efficace, accessible, surpasse notre technologie de pointe de bien des manières. En voici quelques‑unes.

1. Il a fallu 82.944 processeurs et 40 minutes à un superordinateur pour simuler une seule seconde d’activité du cerveau humain

Ces dernières années, le superordinateur K a été utilisé par des chercheurs de l’Okinawa Institute of Technology Graduate University au Japon et du Forschungszentrum Jülich en Allemagne pour tenter de simuler une seule seconde d’activité cérébrale humaine.

À l’époque, l’ordinateur pouvait simuler un réseau de 1,73 milliard de cellules nerveuses (neurones). Or, le cerveau humain compte quelque 100 milliards de neurones. Pour mettre cela en perspective, le cerveau humain compte à peu près autant de neurones qu’il y a d’étoiles dans la Voie lactée.

Bien que l’ordinateur ait réussi à simuler une seconde d’activité cérébrale, cela a pris 40 minutes.

Le supercalculateur K était l’ordinateur le plus rapide du monde jusqu’à ce qu’il soit éclipsé en 2011 (il a été mis hors service en 2019). Mais en 2014, il était capable de traiter 10,51 pétaflops par seconde (Petaflop/s), ce qu’on peut schématiser comme environ 10.510 billions de calculs par seconde. Comme les avancées technologiques vont vite, nous allons mettre cela en perspective. En trois ans seulement, le superordinateur Tianhe‑2 a triplé la puissance de calcul de K en atteignant 33,86 pétaflops/s (33.860 billions de calculs par seconde).

À l’époque, l’unité graphique d’un iPhone 5s produisait environ 0,0000768 pétaflop/s. Ainsi, l’ordinateur le plus rapide du monde était environ 440.000 fois plus rapide que l’unité graphique de l’iPhone 5s, mais toujours plus lent que le cerveau humain.

Une étude réalisée par Martin Hilbert de l’Annenberg School of Communication de l’université de Californie du Sud et publiée dans la revue Science en 2011 a évalué la capacité du monde à calculer des informations. Martin Hilbert déclare : « Pour mettre nos résultats en perspective, les 6,4×10^18 instructions par seconde que l’humanité peut exécuter sur ses ordinateurs à usage général en 2007 sont équivalentes au nombre maximal d’impulsions nerveuses exécutées par un cerveau humain en une seconde. »

2. Le cerveau est gratuit

Hormis les rares malformations congénitales, nous sommes tous nés avec un cerveau, et il tient dans notre tête. Pour construire le Tianhe‑2, il a fallu environ 390 millions de dollars, selon Forbes. Au maximum de sa puissance, il consommait plus de 17,6 mégawatts et le complexe informatique couvrait environ 720 m². D’autres superordinateurs, jugés économes en énergie, consommaient environ 8 mégawatts.

Un mégawatt équivaut à 1 million de watts. Une ampoule de 100 watts consomme 100 watts dès qu’elle est allumée, car le mot « watt » désigne la puissance utilisée instantanément. L’ordinateur le plus rapide du monde consomme donc autant d’énergie que 176.000 ampoules électriques.

Jeff Layton, Ph.D., technologue chez Dell, a écrit dans un blog : « Ces systèmes sont terriblement grands, coûteux et gourmands en énergie. »

Bien sûr, le cerveau a lui aussi besoin d’énergie. L’énergie provient de la nourriture, qui, dans notre système agricole moderne, a besoin de carburant.

3. Le cerveau est très pratique

Si les ordinateurs que nous utilisons dans la vie quotidienne peuvent être très utiles, certains spécialistes expriment des doutes quant à l’utilité des superordinateurs.

Le South China Morning Post rapporte dans un article sur le Tianhe‑2, qui se trouve en Chine : « Contrairement aux ordinateurs domestiques qui peuvent gérer diverses tâches, allant du traitement de texte aux jeux et à la navigation sur Internet, les superordinateurs sont construits à des fins très spécifiques. Pour exploiter pleinement leurs capacités de calcul, les chercheurs doivent passer des mois, voire des années, à écrire ou réécrire des codes logiciels pour entraîner la machine à effectuer un travail efficacement. »

Le chercheur principal du centre de calcul de Pékin, que le South China Morning Post n’a pas nommé, a déclaré : « La bulle des supercalculateurs est pire qu’une bulle immobilière. Un immeuble restera debout pendant des décennies après sa construction, mais un ordinateur, quelle que soit sa vitesse aujourd’hui, deviendra un déchet dans cinq ans. »

4. La bande passante du cerveau comparée à celle d’un modem

De nombreux scientifiques ont tenté de définir une mesure de la vitesse de traitement de l’esprit humain. Les chiffres auxquels ils sont parvenus varient selon l’approche adoptée. Comparer la bande passante d’un modem à la « bande passante » d’un cerveau n’est pas une science exacte.

Nous allons d’abord examiner le nombre de bits par seconde (bps) que le cerveau peut traiter, puis nous verrons combien de bps un modem moyen peut traiter. On peut comparer le temps qu’il faut pour télécharger une image sur Internet au temps qu’il faut pour traiter un objet perçu par les yeux.

Tor Nørretranders, professeur adjoint de philosophie des sciences à la Copenhagen Business School, a écrit un livre intitulé The User Illusion : Cutting Consciousness Down to Size [L’illusion de l’utilisateur : réduire la conscience à sa juste valeur], dans lequel il affirme que l’esprit conscient traite environ 40 bps, alors que l’esprit subconscient traite 11 millions de bps.

Le physicien théorique autrichien Herbert W. Franke affirme que l’esprit humain peut absorber consciemment 16 bps et peut conserver consciemment dans son esprit, à un moment donné, environ 160 bps. Il est intéressant de noter que l’esprit peut ainsi réduire la complexité de toute situation à 160 bits.

Fermin Moscoso del Prado Martin, un psychologue cognitif de l’université de Provence en France, a déterminé que le cerveau humain peut traiter environ 60 bps. Dans un commentaire sur un article de Technology Review consacré à ses travaux, il a précisé qu’il n’avait pas déterminé de limite supérieure, ce qui signifie qu’il ne peut pas affirmer avec certitude que le cerveau est incapable de traiter plus de 60 bps.

Voyons maintenant quelle est la vitesse d’un modem.

Un mégabit par seconde (Mbps) équivaut à 1 million de bps. Les modems domestiques peuvent fonctionner à une vitesse allant de 50 Mbps à plusieurs centaines de Mbps. Ils sont donc des millions de fois plus rapides que l’esprit conscient, et au moins cinq fois plus rapides que le subconscient. Un point pour les ordinateurs : ils sont plus performants que les cerveaux à cet égard. Bien sûr, on en sait encore si peu sur le subconscient que ces chiffres sont loin d’être certains.

Et si nous sommes relativement lents à nous imprégner des données, la façon dont nous les traitons reste étonnante.

5. Nous apprenons, nous inventons

L’intelligence artificielle (IA) progresse dans le développement d’ordinateurs créatifs. Mais l’IA la plus avancée est loin derrière le cerveau humain tel qu’il était il y a plusieurs milliers d’années.

Dans un article écrit pour MakeUseOf.com, l’ingénieur électricien et écrivain indépendant Ryan Dube commente la déclaration suivante de l’auteur Gary Marcus : « La différence fondamentale entre les ordinateurs et l’esprit humain réside dans l’organisation de base de la mémoire. »

Ryan Dube commente : « Pour récupérer des données, l’ordinateur utilise des emplacements de stockage logiques. Le cerveau humain, quant à lui, se souvient de l’endroit où sont stockées les informations en fonction d’indices. Ces indices sont d’autres informations ou souvenirs liés à l’information qu’il doit récupérer. »

« Cela signifie que l’esprit humain peut relier un nombre presque illimité de concepts de diverses manières, puis parfois déconnecter ou recréer des connexions sur la base de nouvelles informations. Cela permet à l’humain de dépasser les limites de ce qui a déjà été appris – ce qui donne lieu à de nouveaux arts et de nouvelles inventions qui sont la marque de fabrique de la race humaine. »

6. Le cerveau reste peu compris et nous pourrions encore découvrir des avantages énigmatiques

National Geographic a illustré à quel point la tâche de cartographier le cerveau humain avec précision est complexe. Dans son édition de février 2014 intitulée La nouvelle science du cerveau, le magazine rapporte que des scientifiques ont créé un modèle en 3D d’une partie du cerveau d’une souris de la taille d’un grain de sel. Pour cartographier avec précision cette minuscule partie du cerveau de la souris, ils ont utilisé un microscope électronique pour l’imager en 200 tranches, chacune de l’épaisseur d’un cheveu humain. « Un cerveau humain visualisé à ce niveau de détail nécessiterait une quantité de données égale à tous les écrits de toutes les bibliothèques du monde », écrit le National Geographic.

En 2005, des chercheurs de Caltech et de UCLA ont découvert que seuls quelques‑uns des 100 milliards de neurones du cerveau sont utilisés pour stocker des informations sur une personne, un lieu ou un concept donnés. Par exemple, ils ont constaté que lorsqu’on montrait à des sujets des photos de l’actrice Jennifer Aniston, un neurone particulier du cerveau réagissait. Un autre neurone était dédié à l’actrice Halle Berry.