{"id":11996,"date":"2022-08-13T13:37:32","date_gmt":"2022-08-13T11:37:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/?p=11996"},"modified":"2022-03-28T10:08:10","modified_gmt":"2022-03-28T08:08:10","slug":"cold-brains","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/2022\/08\/cold-brains\/","title":{"rendered":"Cold Brains \u2026"},"content":{"rendered":"

\u2026 ist der erste Song<\/a> auf dem unterschaetzten Album Mutations<\/em><\/a> von Beck<\/a>. Auch wenn dies eines meiner Lieblingsalben ist, welches ich waehrend des Schreibens mal wieder h\u00f8re, so soll es hier nicht um Musik gehen. Vielmehr geht es um eine Sache ueber die ich in einem (sehr technischen) Essay mit dem Titel „Brain Efficiency: Much More than You Wanted to Know<\/a>“ stolperte:<\/p>\n

[t]he human brain’s output of 10W in 0.01m^2 [sic] results in a power density of 1000 W\/m2<\/sup>, very similar to that of the solar flux on the surface of the earth, which would result in an equilibrium temperature of \u2248 375 K or 100 [degrees]C, sufficient to boil the blood, if it wasn’t actively cooled.<\/p><\/blockquote>\n

Das machte mich etwas stutzig, denn offensichtlich kocht mein Blut nicht. Im Artikel wird angefuehrt, dass die Kuehlung des menschlichen K\u00f8rpers super effizient ist, weil wir auf der gesamten Hautoberflaeche schwitzen k\u00f8nnen (was ziemlich selten ist im Tierreich). Allerdings ist mein Kopf nun auch nicht die ganze Zeit in Schweisz gebadet.
\nInnerhalb des Gueltigkeitsbereichs des Artikels tut das (und was ich im Folgenden anbringen werde) nix zur Sache. Dies deswegen, weil der Artikel im Wesentlichen nur thermodynamische Abschaetzungen macht um zu sehen, was fuer generelle physikalische Eigenschaften eine kuenstliche Intelligenz haben muss, um es mit dem menschlichen Gehirn aufzunehmen. Da reicht es, wenn die Genauigkeit innerhalb von ein paar Gr\u00f8szenordnungen liegt und 100 Grad Celsius liegt in dem Zusammenhang ungefaehr in der richtigen Gr\u00f8szenordnung der K\u00f8rpertemperatur.<\/p>\n

Zum Glueck habe ich ja mein Studienziel erreicht<\/a> \u2026 und kann das was mich stutzig macht mal selber nachrechnen.<\/p>\n

Zunaechst war da die Frage wieviel Energie das Gehirn „verbraucht“. „Verbraucht“ deswegen, weil im Wesentlichen alle Energie die reingeht in Waerme umgewandelt wird und somit nicht weiter „brauchbar“ ist. Der Konsenz<\/a> scheint 20 Watt zu sein und ich konnte auf die Schnelle keine modernen Quellen dazu finden. Das hier<\/a> sind zwar zwei neuere<\/a> Artikel, aber die zitieren Beide die selbe Quelle (ein Buch) von 1960! Der zweite Artikel sagt zwischen 17 und 20 Watt.
\nScientific American<\/a> macht eine Ueberschlagsrechnung und kommt auf ca. 13 Watt wenn man ruht und dieser Artikel<\/a> sagt 15 Watt, gibt aber keine Quelle an (die ich schnell kontrollieren k\u00f8nnte).
\nIch rechne erstmal mit 20 Watt weiter, denn wenn das seit 60 Jahren nicht korrigiert wurde, dann gehe ich davon aus, dass da was dran ist.<\/p>\n

Als naechstes stellte sich die Frage wie grosz das Gehirn ist. Nun ja, eigentlich bin ich an der Oberflaeche interessiert, dazu konnte ich aber nix finden. Deswegen modelliere ich das Gehirn als eine Kugel und rechne rueckwaerts vom Volumen, denn das Volumen ist gut bekannt.
\nDieser Artikel<\/a> rekonstruiert das Gehirnvolumen der Hominiden<\/a> (heutzutage nicht zu verwechseln mit den Hominoidea<\/a>) ueber die letzten paar Millionen Jahre. Figur #1 ist das was mich interessiert und wenn ich den Logarithmus zurueckrechne, komme ich auf ein Volumen von ca. 1450 cm3<\/sup> \u2026 was ungefaehr mit Wikipedias 1400 cm3<\/sup> uebereinstimmt (deren Quelle aber nicht mehr verfuegbar ist *seufz*). Ich rechne mit dem Wikipediawert weiter, weil ich den ersten Wert nur so Pi mal Daumen von der logarithmischen Skala der Abbildung abgelesen habe \u2026 ich wollte aber eine ordentliche Quelle fuer den Wert haben.<\/p>\n

Eine Abschweifung: dieser Artikel macht auf eine bemerkenswerte Reduktion der Gehirngr\u00f8sze in den letzten dreitausend Jahren aufmerksam:<\/p>\n

[\u2026] human brain size reduction [\u2026], occurring in the last 3,000 years. [\u2026] We suggest [\u2026] that the recent decrease in brain size may [\u2026] result from the externalization of knowledge and advantages of group-level decision-making due in part to the advent of social systems of distributed cognition and the storage and sharing of information. Humans live in social groups in which multiple brains contribute to the emergence of collective intelligence.<\/p><\/blockquote>\n

Das ist erstmal sinnvoll, aber mglw. wird da „das Pferd von hinten aufgezogen“. Dafuer muss ich aber noch ein bisschen mehr ausholen.
\nVor ein paar Jahren las ich mal irgendwo (die Quelle muss ich leider schuldig bleiben), dass die letzten zwei Mutation die sich im menschlichen Genom durchgesetzt haben vor ca. 20-tausend und ca. 7-tausend Jahren stattfanden \u2026 Mist \u2026 die genauen Zahlen habe ich nicht mehr im Kopf, das lag aber ungefaehr in dem Zeitraum. Die vorletzte Mutation faellt erstaunlich gut mit der neolithischen Revolution<\/a> zusammen; dem Uebergang zum Ackerbau. Die letzte Mutation faellt ungefaehr in die Zeit als erste Schriftsysteme in den archaeologischen Funden auftauchen. Auszerdem setzen die Autoren der obigen Studie den Anfang des Schrumpfens der Gehirngr\u00f8sze in diese Zeit (geologisch gesehen ist das alles gleichzeitig passiert).
\nIch denke nun, dass es nicht zu weit hergeholt das Folgende zu vermuten. Gedanken in Schrifzeichen zu fassen erfordert, dass das Gehirn (ganz allgemein gesagt) abstrahieren kann. Dafuer ben\u00f8tigt es aber mglw. modifizierte Strukturen im Gehirn, welche nur durch eine Mutation entstanden sein k\u00f8nnen. Wenn ein Individuum besser abstrahieren kann, so gibt das sicherlich genuegend Vorteile im Leben, sodass die Mutation nicht gleich wieder ausstirbt und sich sogar durchsetzen kann ueber viele Generationen. Neue Strukturen im Gehirn k\u00f8nnen dann aber auch Nebeneffekte haben, die andere Prozesse effizienter machen. Deswegen brauchen diese Prozesse weniger Platz, das Gehirn braucht damit weniger Energie und das ist wiederum gut fuer das Individuum und wir sehen schrumpfende Schaedel in den archaeologischen Funden der letzten 3000 Jahre. Ein Teil der Abstraktion ist die Auslagerung und Komprimierung von Wissen a.k.a. Bildung\/Schule, was ja die Autoren sagen.<\/p>\n

Eine solche Mutation k\u00f8nnte eine veraenderte Faltung der Groszhirnrinde<\/a> zur Folge gehabt haben. Eine (veraenderte) Faltung erlaubt kuerzere Wege (und damit Kommunikation) zwischen den Neuronen. Soweit ich weisz, erlaubt eine Faltung ueberhaupt erst komplexe Gehirnaktivitaet, weil man dafuer viele Neuronen braucht, diese bei glatten Gehirnen aber zu lange Kommunikationswege haetten. Bei einer gefalteten Oberflaeche kann man aber „schnell und einfach“ eine (kurze) Verbindung zur anderen Seite der Faltung aufbauen.
\nDas passt gut ins Bild des allgemeinen Wissens, dass bestimmte Bereiche der Groszhirnrinde fuer spezifische Aufgaben verantwortlich sind. Das sind dann die Teile, die in praktischer Kommunikationsdistanz liegen.
\nUnd worauf ich hinaus will ist, dass eine subtile Veraenderung der Faltung durch eine Mutation mglw. ziemlich grosze Unterschiede im Abstraktionsverm\u00f8gen zur Folge haben k\u00f8nnte. Das k\u00f8nnen wir aber nicht mehr nachverfolgen weil Gehirne verrotten und nur der leere Aufbewahrungsort des Gehirns zurueck bleibt.<\/p>\n

Das war eine etwas ausfuehrlichere Abschweifung und hatte nur bedingt mit dem eigentlich Thema zu tun.<\/p>\n

Bei einem Volumen meiner vereinfachten Gehirnkugel von 1400 cm3<\/sup> ergibt das einen Radius von ca. 7 cm \u2026 was gut mit dem Radius meines eigenen Kopfes uebereinstimmt. Daraus folgt eine Oberflaeche A<\/em> von ca. 0.06 m2<\/sup> und bei einer angenommenen Leistung P<\/em> von 20 Watt fuehrt dies zu einer Leistungsdichte von ca. 300 Watt pro Quadratmeter. Nun k\u00f8nnen wir das Stefan-Boltzmann Gesetz<\/a> \u2026<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

\u2026 benutzen um auszurechnen, welche Temperatur T<\/em> ein schwarzer Kugelk\u00f8rper haben muesste, der diese Leistung in Waerme umwandelt und diese dann abstrahlt (!).<\/p>\n

Ich komme auf ca. 276 Kelvin \u2026 oder drei Grad Celsius \u2026 \u2026 \u2026 wait! \u2026 \u2026 \u2026 what? \u2026 \u2026 \u2026 Ich dachte ich bin viel zu warm und muss schwitzen um diese ganze Waerme besser als durch Waermestrahlung los zu werden!<\/p>\n

Nun k\u00f8nnte ich argumentieren, dass mein Gehirnkugel nicht schwarz ist, sondern aus grauen Zellen besteht \u2026 sorry, konnte nicht widerstehen. Dies wuerde zu einem (vereinfacht gesagt) konstanten Faktor kleiner als eins auf der rechten Seite der obigen Gleichung fuehren und bei gleicher Leistung eine h\u00f8here Temperatur zur Folge haben. Dies spielt ganz sicher eine Rolle, ich kann das hier aber nicht quantifizieren.
\nDeswegen gebe ich die folgende Argumentation: das Gehirn steht nicht frei in der Luft sondern ungefaehr ein Viertel der Oberflaeche ist durch das Gesicht versperrt. Das Gesicht (und was dahinter, aber vor dem Gehirn liegt) ist sicherlich ein guter Waermeisolator. Verringere ich nun die Oberflaeche um ein Viertel, komme ich bei gleicher Leistung auf eine Temperatur von ca. 296 Kelvin oder ca. 23 Grad Celsius. Das ist zwar noch immer nicht K\u00f8rpertemperatur, aber bei all den Vereinfachungen nahe genug dran.<\/p>\n

Schon toll, was man alles rausfinden kann, wenn man einer Sache hinterherforscht, die einen stutzig macht \u2026 auszerdem macht das auch grosze Freude :)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

\u2026 ist der erste Song auf dem unterschaetzten Album Mutations von Beck. Auch wenn dies eines meiner Lieblingsalben ist, welches ich waehrend des Schreibens mal wieder h\u00f8re, so soll es hier nicht um Musik gehen. Vielmehr geht es um eine Sache ueber die ich in einem (sehr technischen) Essay mit dem Titel „Brain Efficiency: Much […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[1],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11996"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11996"}],"version-history":[{"count":5,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11996\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11998,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11996\/revisions\/11998"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11996"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=11996"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.soeren-in-norwegen.net\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=11996"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}