Doorbraak in de bouw van computers om de neurale netwerken van hersenen na te bootsen

Een computer die wordt gebouwd om de neurale netwerken van de hersenen na te bootsen veroorzaakt gelijkaardige resultaten aan dat van de beste hersenen-simulatie supercomputersoftware die momenteel voor neuraal-signaleert onderzoek wordt gebruikt, vindt een nieuwe studie die in de Grenzen van het open-toegangsdagboek in Neurologie wordt gepubliceerd. Getest voor nauwkeurigheid, snelheid en energieefficiency, heeft deze op bestelling gemaakte computer genoemd Spinnaker, het potentieel om de snelheid en machtsconsumptiemoeilijkheden van conventionele supercomputers te overwinnen. Het doel is onze kennis van neurale verwerking in de hersenen vooruit te gaan, om het leren en wanorde zoals epilepsie en de ziekte van Alzheimer te omvatten.

De „spinnaker kan gedetailleerde biologische modellen van de schors steunen--de buitenlaag van de hersenen die ontvangen en informatie van de betekenissen verwerken--het leveren van resultaten zeer gelijkend op die van een gelijkwaardige simulatie van de supercomputersoftware,“ zegt Dr. Sacha van Albada, hoofdauteur van deze studie en leider van de Theoretische groep van de Neuro-anatomie op het Jülich Onderzoekscentrum, Duitsland. De „capaciteit zal om gedetailleerde neurale netwerken op grote schaal lage machtsconsumptie snel en bij in werking te stellen roboticaonderzoek vooruitgaan en zal studies over het leren en hersenenwanorde.“ vergemakkelijken

De menselijke hersenen zijn uiterst complex, bestaand 100 uit miljard onderling verbonden hersenencellen. Wij begrijpen hoe de individuele neuronen en hun componenten zich gedragen en met elkaar en op de grotere schaal communiceren, die de gebieden van de hersenen voor zintuiglijke waarneming, actie en kennis worden gebruikt. Nochtans, kennen wij minder over de vertaling van neurale activiteit in gedrag, zoals het veranderen van gedachte in spierbeweging.

De software van de supercomputer heeft door de uitwisseling van signalen tussen neuronen te simuleren geholpen, maar zelfs kan de beste software die op de snelste supercomputers in werking wordt gesteld tot op heden 1% van de menselijke hersenen slechts simuleren.

„Het is weldra onduidelijk wat de computerarchitectuur meest geschikt is om geheel-hersenennetwerken efficiënt te bestuderen. Het Europese Menselijke Project van Hersenen en Het Onderzoekscentrum Jülich hebben uitgebreid onderzoek uitgevoerd om de beste strategie voor dit hoogst complexe probleem te identificeren. De supercomputers van vandaag vereisen verscheidene notulen om één seconde van echt te simuleren - de tijd, bestudeert zo op processen als het leren, die uren en dagen in echt vergen - de tijd momenteel uit bereik.“ is verklaart Professor Markus Diesmann, medeauteur, hoofd van de afdeling van de Computer en Neurologie van Systemen op het Onderzoekscentrum Jülich.

Hij gaat verder, „Er is een reusachtig hiaat tussen het energieverbruik van de hersenen en de supercomputers van vandaag. (Van hersenen-geïnspireerde) Neuromorphic de gegevensverwerking staat ons toe om te onderzoeken hoe wij aan de energieefficiency van de hersenen kunnen dicht krijgen gebruikend elektronika.“

Ontwikkeld in de loop van de afgelopen 15 jaar en gebaseerd op de structuur en de functie van de menselijke hersenen, Spinnaker -- een deel van het Platform van de Gegevensverwerking Neuromorphic van het Menselijke Project van Hersenen -- is een op bestelling gemaakte computer die uit een half miljoen eenvoudige gegevensverwerkingselementen wordt samengesteld die door zijn eigen software worden gecontroleerd. De onderzoekers vergeleken de nauwkeurigheid, de snelheid en de energieefficiency van Spinnaker met dat van NEST--een software van de specialistensupercomputer momenteel in gebruik voor hersenen neuron-signalerend onderzoek.

De „simulaties die op NEST en Spinnaker in werking worden gesteld toonden zeer gelijkaardige resultaten,“ meldt Steve Furber, medeauteur en Professor van de Techniek van de Computer bij de Universiteit van Manchester, het UK. „Dit is de eerste keer zulk een gedetailleerde simulatie van de schors op Spinnaker, of op om het even welk neuromorphic platform in werking is gesteld. De spinnaker bestaat uit 600 kringsraad die meer dan 500.000 kleine bewerkers in totaal opnemen. De simulatie die in deze studie wordt beschreven gebruikte enkel zes raad--1% van het totale vermogen van de machine. De bevindingen van ons onderzoek zullen de software verbeteren om dit tot één enkele raad te verminderen.“

Van Albada deelt haar toekomstige aspiraties voor Spinnaker, „wij hopen voor meer en meer grote simulaties in real time met deze neuromorphic gegevensverwerkingssystemen. In het Menselijke Project van Hersenen, werken wij reeds met neuroroboticists die hopen om hen voor robotachtige controle te gebruiken.“

Bron: http://www.frontiersin.org/

Advertisement