Aikanaan aivojen hermoverkkoja simuloivassa tietokoneessa julkaistu tutkimus osoitti, että tietokone, joka perustuu aivojen hermoverkkojen simulointiin, osoitti samanlaisia tuloksia kuin saatiin ajaessa supertietokoneita parhaimmalla hermosignaalitutkimuksessa käytetyllä aivojen emulointiohjelmistolla. Kun ainutlaatuinen tietokone, SpiNNaker, tarkistetaan tarkkuuden, nopeuden ja virrankulutuksen suhteen, on nopeuden ja tehon suhteen potentiaalisesti parempi kuin perinteiset supertietokoneet. Tavoitteena on laajentaa tietoa aivojen neuronien toiminnasta oppimisessa ja häiriöissä, kuten epilepsia ja Alzheimerin tauti.
SpiNNaker pystyy tarjoamaan aivokuoren yksityiskohtaisia biologisia malleja (aivojen ulkokerros, joka vastaanottaa ja käsittelee tietoa aisteista) tuottaen hyvin samanlaisia tuloksia kuin mitä saadaan suoritettaessa emulointiohjelmia supertietokoneella, sanoo johtava tekijä Sacha van Albada. Teoreettisen neuroanatomian tutkimus ja ryhmänjohtaja Julichin tutkimuskeskuksessa Saksassa. "Mahdollisuus toteuttaa laajamittaisia, yksityiskohtaisia hermoverkkoja nopeasti ja pienillä energiamenoilla myötävaikuttaa robotiikan tutkimukseen sekä aivojen häiriöiden tutkimukseen."
Ihmisen aivot ovat hyvin monimutkaisia ja sisältävät sata miljardia toisiinsa kytkettyä solua. Meillä on käsitys siitä, kuinka yksittäiset hermosolut ja niiden komponentit toimivat ja miten ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään, mitä aivoalueita käytetään aistien havaitsemiseen, toimintaan ja kognitioon. Mutta me tiedämme vähemmän hermoaktiivisuuden muutoksesta käyttäytymiseen, kuten kuinka ajatus muuttuu lihaksen liikkeeksi.
Supertietokoneohjelmistot ovat auttaneet jäljittämään signalointia neuronien välillä, mutta jopa nykyisten nopeimpien tietokoneiden parhaat ohjelmat voivat jäljittää vain yhden prosentin ihmisen aivoista.
”Ei ole vielä selvää, mikä tietokonearkkitehtuuri sopii parhaiten koko aivoemulaattorin tehokkaaseen käyttämiseen. Eurooppalainen ihmisen aivoprojekti ja Julichin tutkimuskeskus ovat suorittaneet laajan tutkimuksen parhaan strategian määrittämiseksi tähän pelottavaan tehtävään. Nykypäivän supertietokoneet vievät minuutteja jäljittääkseen yhden sekunnin todellisesta toiminnasta, joten oppimisprosessien kaltaista tutkimusta ei ole saatavilla tänään, selittää professori Markus Disman, Julichin tutkimuskeskuksen laskennallisen neurotieteen laitoksen johtaja ja johtaja. - Aivojen ja supertietokoneen energiankulutuksen välillä on valtava ero. Neuromorfinen (aivojen kaltainen) tietojenkäsittely antaa meille mahdollisuuden ymmärtää, kuinka lähellä voimme päästä aivojen energiatehokkuuteen elektroniikkaa käyttämällä."
Yli viidentoista vuoden aikana kehitetty ja ihmisen aivojen rakenteeseen ja tapoihin perustuva SpiNNaker - osa Euroopan aivotutkimusprojektin neuromorfista laskentaalustaa - koostuu puoli miljoonaa yksinkertaista laskentaelementtiä. Tutkijat vertasivat SpiNNakerin tarkkuutta, nopeutta ja energiatehokkuutta NEST: ään, erikoistuneeseen supertietokoneohjelmistoon, jota käytetään aivojen hermosignaalien tutkimiseen.
"SpiNNakerilla ja NESTillä käynnissä olevat emulaatiot osoittavat hyvin samankaltaisia tuloksia", sanoo avustaja Steve Furber, Manchesterin yliopiston tietokonetekniikan professori. - Ensimmäistä kertaa aivokuoren yksityiskohtainen emulointi on tuotettu SpiNNakerin (tai muun neuromorfisen alustan) avulla. SpiNNaker sisältää 600 taulua, joissa on yli 500 000 pientä prosessoria. Tässä tutkimuksessa suoritetussa emuloinnissa käytettiin vain kuutta taulua, mikä on 1% koneen täydestä tehosta. Tuloksemme auttavat parantamaan ohjelmistoa ja vähentämään yhdeksi käytettyjen paneelien määrää."
Kuten tohtori van Albada sanoo:”Odotamme innolla lisäävän reaaliaikaisia emulointeja käyttämällä näitä neuromorfisia laskentajärjestelmiä. Eurooppalaisessa aivotutkimusprojektissa työskentelemme jo neurobobotiikan asiantuntijoiden kanssa, jotka toivovat soveltaa havaintojamme robottien hallintaan.”
Mainosvideo:
Vadim Tarabarko