Même si le film Lucy prétend le contraire, c’est un mythe que de penser que le cerveau n’utilise que 10% de ses capacités. Et même si c’était vrai, faire passer ces 10% à 100% ne donnerait a priori pas de pouvoir sur la matière et le temps (comme dans le film), il rendrait simplement plus intelligent.
Parallèlement, on entend que le cerveau humain est le plus puissant ordinateur qui soit. Ceci est un peu trompeur aussi car on ne peut pas vraiment comparer : une machine n’est pas « intelligente », car elle n’est pas douée d’une réflexion. Elle sait seulement effectuer des milliards d’opérations de calcul par seconde.
Il peut néanmoins être amusant de voir quel ordinateur il faudrait monter pour atteindre la capacité de calcul du cerveau humain, en ne comparant que ce qui est comparable. C’est ce que je fais ici, en croisant les sources et en ne m’attardant que sur les chiffres.
La mémoire
Dans un ordinateur, on distingue la mémoire vive et la mémoire morte. On peut aussi ajouter la mémoire de masse.
Si on veut transposer ça à un être vivant, je dirais que l’ADN constitue notre mémoire morte : c’est elle qui dit comment nous fonctionnons. Tout comme la mémoire morte est programmée à la construction d’un ordinateur et par définition non reprogrammable, l’ADN est composé lors de notre conception.
La capacité de stockage de l’ADN est de l’ordre de 455 millions de téraoctets par gramme d'ADN (source), ce qui représente beaucoup, beaucoup de données.
La mémoire de masse (disque dur, clé USB…), c’est ce que l’ordinateur enregistre pour plus tard. Si l’ordinateur est détruit, la mémoire de masse perdure de façon indépendante. Pour un humain, cela correspondrait donc à tout ce que nous écrivons ou produisons : livres, poèmes, récits, cahiers, photos imprimées, films, cassettes, peintures, musique, etc. Il n’y a pas de limites au nombre de clé USB qu’un ordinateur peut remplir de données, et il n’y a pas non plus de limite quant au nombre de livres qu’un humain peut écrire.
Il reste alors la mémoire vive. C’est elle qui correspond à la mémoire de notre cerveau.
Si la mémoire vive est vidée quand on met l’ordinateur hors tension, le cerveau est vidé de ses souvenirs lorsqu’on meurt. La mémoire vive permet de stocker ce sur quoi l’ordinateur est en train de travailler. Ceci inclut les données et les programmes en cours d’exécution. Le cerveau utilise sa mémoire pour stocker les souvenirs (les données) et les « programmes » : comment marcher ? comment cuisiner ? comment conduire ? comment parler ?
Selon les sources, la mémoire humaine serait de 2,5 Po (2,5 pétaoctets) soit 2 500 téraoctets. C’est assez considérable, mais il est aujourd’hui tout à fait envisageable de remplir une baie (grosse armoire remplie d’ordinateurs) de façon à atteindre cette capacité de stockage : les disques durs sont aujourd’hui suffisamment capacitifs pour cela. Si l’on veut des ordinateurs avec 2,5 Po en mémoire vive, il faut en revanche patienter encore un peu.
Le processeur
Le processeur effectue les calculs de l’ordinateur : il travaille sur les données en mémoire. Ce que l’on voit à l’écran, sur le réseau ou sur le disque dur constitue de résultat de ces travaux.
Si chaque composant de l’ordinateur possède ses propres puces électroniques et son propre registre mémoire, c’est le processeur central (CPU) qui gère la coordination de l’ensemble des composants en modifiant des bits dans la mémoire.
Le cerveau fait la même chose : les yeux, les oreilles, les mains : tout ceci sont des périphériques dont la coordination est assurée par le cerveau, au moyen de signaux électriques nerveux.
Si un processeur peut effectuer une seule opération à la fois, le cerveau peut en faire plusieurs : il gère ainsi la respiration en même temps que la marche, et il peut s’occuper de la vision en même temps que l’audition. Il est en revanche très difficile d’écouter ou de regarder deux choses à la fois.
Je dirais que les périphériques sont monotâches, mais que le cerveau est multitâche et peut faire des choses en arrière-plan.
Concernant la puissance de calcul, les ordinateurs les plus puissants du monde sont les super-calculateurs. Le plus puissant d’entre eux en 2015 est l’ordinateur chinois Tianhe-2 : il est ainsi composé de 260 000 processeurs, possède 1 375 Tio de mémoire vive et une mémoire de masse de 12,4 Po.
La puissance de calcul est mesurée en flops (FLOPS = FLoating-point Operations Per Second) : 1 flops correspond à une opération à virgule flottant par seconde. Tianhe-2 effectue ainsi 33 860 000 de milliards d’opérations par seconde (33,86 Pflops).
C’est beaucoup, mais le cerveau humain en fait beaucoup plus : pour simuler juste 1 seconde de temps de cerveau, il a fallu au superordinateur K et ses 86 000 processeurs 40 minutes de calcul. Dit autrement, ce que 86 000 processeurs font en 40 minutes, le cerveau humain le fait en une seconde.
Si on s’autorise à extrapoler, le cerveau humain aurait ainsi une puissance de calcul de 1 zettaflop, soit 1 000 milliards de milliards d’opérations par seconde. D’autres sources disent que le cerveau ne fait « que » 5 Pflops, ce qui reste énorme, mais représente tout de même moins que les derniers super-calculateurs.
Dans les deux cas, il ne faut pas oublier que le cerveau tient dans une tête humaine, alors qu’un super-ordinateur occupe tout un étage d’un immeuble.
La consommation en énergie
La consommation en énergie est également intéressante à évaluer : si un ordinateur portable consomme autour de 80 W et qu’un super-calculateur consomme plusieurs mégawatts, le cerveau consomme 12,6 W (source). Ça semble peu, mais ça correspond à 20% de l’énergie produite par le corps, pour seulement 2% de sa masse. C’est pour ça que l’idée d’un cerveau qui n’utilise que 10% de ses capacités est biologiquement contestable : jamais l’évolution et la nature ne conserveraient les 90% inutiles d’un organe aussi gourmand en énergie.
Les capteurs
Les capteurs de notre corps sont les yeux, les oreilles, le nez, les doigts. Tout ce qui correspond à nos sens, en fait. Voyons tout cela.
Les yeux sont nos caméras : ils distinguent la lumière : son intensité, sa couleur, les contrastes… Et c’est tout ! Le reste du traitement est effectué par le cerveau.
Lorsque la marque Apple a sorti son iPhone® avec l’écran « rétina », un des arguments de vente était la résolution de l’écran, annoncée comme supérieure à celle de l’œil humain. Le blog Bad Astronomy a entrepris de vérifier l’affirmation d’Apple et en a conclu que l’écran était réellement « rétina » pour un œil moyen.
La résolution de l’écran rétina était alors de 326 pixels par pouce (ppp). L’œil moyen disposerait lui d’une résolution de 286 ppp et l’œil parfait de 477 ppp.
Cette dernière résolution permet de distinguer une règle de 30 cm à une distance de 1770 mètres comme étant un peu plus qu’un simple point.
La définition de l’œil, c’est-à-dire le nombre de pixels dont l’œil dispose serait quant à elle de 576 Mpx (source), soit bien au-dessus de la définition de n’importe quel appareil photo numérique actuel. Il faut cependant nuancer ce chiffre car l’œil ne voit qu’une toute petite partie de l’image à la fois : les yeux balayent tout le champ de vision, et c’est ensuite le cerveau qui reconstitue une image complète. Il reste que notre cerveau voit une image du monde dont la définition faut 576 Mpx.
Et tout ça, l’œil peut le voir en couleur.
La couleur correspond à l’énergie transportée par un rayon lumineux : l’œil est donc sensible à l’énergie portée par les rayons lumineux. Vu que l’œil détecte toutes les couleurs entre le rouge et le bleu, il ne détecte ni l’infrarouge (et en dessous) ni l’ultra-violet (et au-delà).
Les capteurs photo CCD actuellement utilisés dans les appareils photo numériques disposent d’une sensibilité légèrement plus grande. Il est ainsi possible que votre appareil photo voie les infrarouges, comme ceux de votre télécommande TV.
D’autres capteurs optiques peuvent voir tous les infrarouges, les ultra-violets et même les ondes radio, les rayons X et gamma. Là où l’œil ne voit que la lumière visible, la technologie permet en fait de voir tous les types de rayonnements.
Il en va de même pour l’ouïe : les oreilles ne peuvent capter les ondes sonores que si leur fréquence se trouve entre 20 Hz et 20 000 Hz environ. En dehors de ces zones, l’oreille humaine n’entend pas. Concernant la résolution des oreilles, les personnes qui ont l’oreille absolue ou bien entraînée peuvent différentier n’importe quelles fréquences, même très proche. Là aussi, la technologie rattrape le vivant et on peut faire des capteurs avec une sensibilité plus grande que l’oreille.
L’odorat est un autre sens qui est assez particulier et souvent ignoré voire sous-estimé. Il correspond en fait à la capacité du corps humain à détecter la forme géométrique des molécules. Les molécules odorantes sont captées par les récepteurs sur des cellules spécialisées : les molécules peuvent s’y fixer en fonction de leur géométrie. L’humain serait ainsi capable de distinguer 1 000 milliards d’odeurs différentes. Une chose similaire pour le goût : ce sont des récepteurs qui distinguent les molécules.
La sensitivité des doigts est également importante : certaines sources déclarent qu’on peut sentir des objets d’une taille de 13 nanomètres. Si le doigt faisait la taille de la Terre, alors on pourrait sentir la différence entre une voiture et une maison.
Tout ceci est remarquable, car le cerveau est relié à chaque terminaison nerveuse du corps et doit traiter toutes les informations… en même temps… pour tous les sens à la fois !
Le coût de production
Le corps humain a la même composition que l’univers : une majorité d’hydrogène, un peu d’oxygène, de carbone et d’azote, et une minorité d’autres éléments (on exclue les gaz rares, qui sont inertes chimiquement). Par exemple, le calcium, qui est important pour nos os ne constitue que 1,5% du poids de notre corps. On trouve aussi 14 µg d’or :
Élément : | % : | Masse/kg : | Coût au kg/$ : | Valeur/$ : | |
---|---|---|---|---|---|
O | Oxygène | 65 | 49,14 | 0,20 | 9,83 |
C | Carbone | 18 | 18,29 | 0,01 | 0,18 |
H | Hydrogène | 10,2 | 8,00 | 0,20 | 1,60 |
N | Azote | 3,1 | 2,06 | 0,20 | 0,41 |
Ca | Calcium | 1,6 | 1,14 | 0,10 | 0,11 |
P | Phosphore | 1,2 | 0,89 | 1,00 | 0,89 |
K | Potassium | 0,25 | 0,16 | 650,00 | 104,00 |
S | Soufre | 0,25 | 0,16 | 0,10 | 0,02 |
Na | Sodium | 0,15 | 0,11 | 250,00 | 28,57 |
Cl | Chlore | 0,15 | 0,11 | 1,00 | 0,11 |
Mg | Magnésium | 0,05 | 0,02 | 3,00 | 0,07 |
Fe | Fer | 6,00E-03 | 4,80E-03 | 0,20 | 0,00 |
F | Fluor | 3,70E-03 | 2,97E-03 | 2,000,00 | 5,94 |
Zn | Zinc | 3,20E-03 | 2,63E-03 | 2,00 | 0,01 |
Si | Silicium | 2,00E-03 | 1,14E-03 | 2,00 | 0,00 |
Rb | Rubidium | 4,60E-04 | 7,77E-04 | 10,000,00 | 7,77 |
Sr | Strontium | 4,60E-04 | 3,66E-04 | 1,000,00 | 0,37 |
Br | Brome | 2,90E-04 | 2,97E-04 | 50,00 | 0,01 |
Pb | Plomb | 1,70E-04 | 1,37E-04 | 0,40 | 0,00 |
Cu | Cuivre | 1,00E-04 | 8,23E-05 | 7,00 | 0,00 |
Al | Aluminium | 8,70E-05 | 6,86E-05 | 2,00 | 0,00 |
Cd | Cadmium | 7,20E-05 | 5,71E-05 | 10,00 | 0,00 |
Ce | Cérium | 5,00E-05 | 4,57E-05 | 50,00 | 0,00 |
Ba | Baryum | 3,10E-05 | 2,51E-05 | 60,00 | 0,00 |
Sn | Étain | 2,40E-05 | 2,29E-05 | 20,00 | 0,00 |
I | Iode | 1,60E-05 | 2,29E-05 | 2,00 | 0,00 |
Ti | Titane | 1,30E-05 | 2,29E-05 | 8,00 | 0,00 |
B | Bore | 6,90E-05 | 2,06E-05 | 6,000,00 | 0,12 |
Se | Sélénium | 1,90E-05 | 1,71E-05 | 53,00 | 0,00 |
Ni | Nickel | 1,40E-05 | 1,71E-05 | 20,00 | 0,00 |
Cr | Chrome | 2,40E-06 | 1,60E-05 | 20,00 | 0,00 |
Mn | Manganèse | 1,70E-05 | 1,37E-05 | 5,00 | 0,00 |
As | Arsenic | 2,60E-05 | 8,00E-06 | 5,00 | 0,00 |
Li | Lithium | 3,10E-06 | 8,00E-06 | 100,00 | 0,00 |
Hg | Mercure | 1,90E-05 | 6,86E-06 | 40,00 | 0,00 |
Cs | Césium | 2,10E-06 | 6,86E-06 | 3,000,00 | 0,02 |
Mo | Molybdène | 1,30E-05 | 5,71E-06 | 300,00 | 0,00 |
Ge | Germanium | 1,30E-05 | 5,71E-06 | 2,000,00 | 0,01 |
Co | Cobalt | 2,10E-06 | 3,43E-06 | 200,00 | 0,00 |
Sb | Antimoine | 1,10E-05 | 2,29E-06 | 300,00 | 0,00 |
Ag | Argent | 1,00E-06 | 2,29E-06 | 700,00 | 0,00 |
Nb | Niobium | 1,60E-04 | 1,71E-06 | 180,00 | 0,00 |
Zr | Zirconium | 6,00E-04 | 1,14E-06 | 600,00 | 0,00 |
La | Lanthane | 2,00E-04 | 9,14E-07 | 1,500,00 | 0,00 |
Te | Tellure | 1,20E-05 | 8,00E-07 | 240,00 | 0,00 |
Ga | Gallium | 1,20E-05 | 8,00E-07 | 1,800,00 | 0,00 |
Y | Yttrium | 1,20E-05 | 6,86E-07 | 2,000,00 | 0,00 |
Bi | Bismuth | 1,20E-05 | 5,71E-07 | 400,00 | 0,00 |
Tl | Thallium | 1,40E-05 | 5,71E-07 | 500,00 | 0,00 |
In | Indium | 1,40E-05 | 4,57E-07 | 2,000,00 | 0,00 |
Au | Or | 1,40E-05 | 2,29E-07 | 40,000,00 | 0,01 |
Sc | Scandium | 1,40E-05 | 2,29E-07 | 10,000,00 | 0,00 |
Ta | Tantale | 1,40E-05 | 2,29E-07 | 200,00 | 0,00 |
V | Vanadium | 2,60E-05 | 1,26E-07 | 50,00 | 0,00 |
th | Thorium | 2,00E-07 | 1,14E-07 | - | - |
U | Uranium | 1,30E-07 | 1,14E-07 | - | - |
Sm | Samarium | 5,00E-09 | 5,71E-08 | - | - |
W | Tungstène | 5,00E-09 | 2,29E-08 | - | - |
Be | Beryllium | 5,00E-09 | 4,11E-08 | - | - |
Ra | Radium | 1,00E-17 | 0,00E+00 | - | - |
Considérant seulement ces éléments, on estime qu’un humain moyen coûterait environ 160 $ en éléments chimiques (source), dont 100 $ rien que pour les 160 grammes de potassium.
Le même corps, considérant cette fois-ci le coût d’un organe (par exemple un foie ou un cœur à transplanter), et toutes les molécules ou cellules qu’il contient (globules, neurones, etc.) coûteraient environ 45 millions de dollars une fois assemblé.
On peut donc conclure que notre cerveau, manifestement le plus puissant processeur du monde, est sûrement aussi celui se trouvant dans l’ordinateur le plus cher de tous.
Ressources et liens
- Comment fonctionne un ordinateur ?
- Les supercalculateurs ou des ordinateurs ultra puissants !
- Could you replace your eye with a camera?|https://www.youtube.com/watch?v=psp_8xJfeWU]
Image d’en-tête de Rosario Lizana