Študija, objavljena v reviji odprtega dostopa Frontiers in Neuroscience, je pokazala, da je računalnik, ki temelji na simulaciji nevronskih omrežij v možganih, deloval podobno kot superračunalniki z najboljšo programsko opremo za emulacijo možganov, ki se uporablja pri raziskavah nevronskih signalov. Ta edinstveni računalnik, SpiNNaker, je preizkušen glede natančnosti, hitrosti in porabe energije s potencialom za boljše rezultate od običajnih superračunalnikov glede hitrosti in učinkovitosti porabe energije. Njegov cilj je razširiti znanje o delovanju nevronov v možganih, ki se uporabljajo pri učenju in motnjah, kot sta epilepsija in Alzheimerjeva bolezen.
SpiNNaker je sposoben zagotoviti podrobne biološke modele skorje (zunanjega sloja možganov, ki sprejema in obdeluje informacije iz čutov), kar daje rezultate zelo blizu rezultatom, dobljenim pri izvajanju emulacijskih programov na superračunalniku, "pravi vodja dr. Sacha van Albada Raziskovalni in vodilni tim za teoretično nevroanatomijo v Raziskovalnem centru Julich v Nemčiji. "Sposobnost hitrega izvajanja obsežnih, podrobnih nevronskih mrež in z majhnimi izdatki energije bo pripomogla k raziskovanju robotike in študiju možganskih motenj."
Človeški možgani so zelo zapleteni in vsebujejo sto milijard medsebojno povezanih celic. Razumevamo, kako delujejo posamezni nevroni in njihove komponente in kako se medsebojno obnašajo, katera področja možganov se uporabljajo za čutno zaznavanje, delovanje in kognicijo. A o preoblikovanju nevronske aktivnosti v vedenje vemo manj, kot je to, kako se misel preoblikuje v gibanje mišic.
Programska oprema za superračunalnik je pomagala posnemati signalizacijo med nevroni, vendar tudi najboljši programi na najhitrejših računalnikih danes lahko posnemajo le 1 odstotek človeških možganov.
"Ni še jasno, katera računalniška arhitektura je najbolj primerna za učinkovito delovanje celotnega emulatorja možganov. Evropski projekt človeškega možganov in raziskovalno središče Julich sta izvedla obsežne raziskave, da bi določili najboljšo strategijo za to zastrašujočo nalogo. Današnji superračunalniki trajajo nekaj minut, da posnemajo eno sekundo resničnega ukrepanja, zato raziskave, kot so učni procesi, danes niso na voljo, razlaga profesor Markus Disman, soavtor in vodja oddelka za računalniško nevroznanost v raziskovalnem centru Julich. - Med porabo energije možganov in superračunalnikom je velika vrzel. Neuromorfno (možgansko) računalništvo nam omogoča, da razumemo, kako blizu lahko z uporabo elektronike dosežemo energetsko učinkovitost možganov."
SpiNNaker - del nevromorfne računalniške platforme evropskega raziskovalnega mozga, ki je bil razvit v petnajstih letih in temelji na strukturi in načinih človeških možganov - je sestavljen iz pol milijona preprostih računalniških elementov. Raziskovalci so natančnost, hitrost in energijsko učinkovitost SpiNNakerja primerjali z NEST, specializirano programsko opremo za superračunalnik, ki se uporablja za proučevanje nevronskih signalov v možganih.
"Emulacije na SpiNNaker in NEST kažejo zelo podobne rezultate," pravi soavtor Steve Furber, profesor računalniškega inženiringa na univerzi v Manchestru. - Prvič je bila takšna podrobna emulacija možganske skorje narejena s pomočjo SpiNNakerja (ali katere koli druge nevromorfne platforme). SpiNNaker vključuje 600 plošč, ki združujejo več kot 500.000 majhnih procesorjev. Emulacija, opravljena v tej raziskavi, je uporabila le šest plošč, kar je 1% celotne moči stroja. Naši rezultati bodo pomagali izboljšati programsko opremo in zmanjšali število plošč, ki se uporabljajo na eni sami."
Kot pravi dr. Van Albada, "se veselimo, da bomo naredili več emulacij v realnem času s pomočjo teh nevromorfnih računalniških sistemov. V evropskem projektu za raziskavo možganov že sodelujemo s strokovnjaki iz nevrobotike, ki upajo, da bodo naše ugotovitve uporabili za nadzor nad roboti."
Promocijski video:
Vadim Tarabarko