Supercomputerele care pot simula 1% din activitatea creierului. Cum funcţionează revoluţionarul SpiNNaker

Supercomputerele care pot simula 1% din activitatea creierului. Cum funcţionează revoluţionarul SpiNNaker

SpiNNaker simulează activitatea neuroală a creierului. FOTO: Andrey/ Fotolia

Creierul uman are 100 de milarde de neuroni, ceea ce face ca cel mai bun software rulat pe cele mai rapide supercomputere până acum să poată simula doar 1% din activitatea creierului uman, cu un consum mare de energie şi de timp. În cadrul unui proiect european, s-a dezvoltat un calculator - SpiNNaker- care are potenţialul de a depăşi problemele de viteză şi consum de energie ale supercomputerelor convenţionale.

Ştiri pe aceeaşi temă

Un computer construit pentru a imita reţelele neuronale ale creierului produce rezultate similare cu cele ale celui mai bun software pentru supercomputere de simulare a creierului utilizat în prezent pentru cercetarea de semnalizare neuronală, se arată într-un nou studiu publicat în revista „Frontiers in Neuroscience”, citată de Science Daily. Testat pentru acurateţe, viteză şi eficienţă energetică, acest calculator personalizat, numit SpiNNaker, are potenţialul de a depăşi problemele de viteză şi consum de energie ale supercomputerelor convenţionale. Scopul este de a avansa în ceea ce priveşte cunoştinţele de prelucrare neuronale în creier, astfel încât să poată fi studiate procesele de  învăţare şi diferite tulburări, cum ar fi epilepsia şi boala Alzheimer.
 

100 de miliarde de celule interconectate

 
SpiNnaker poate simula modele biologice detaliate ale cortexului - stratul exterior al creierului care primeşte şi procesează informaţii de la simţuri - oferind rezultate foarte asemănătoare cu cele ale unei simulari făcute pe un soft de supercomputer echivalent”, spune dr. Sacha van Albada, autorul principal al acestui studiu şi lider al Grupului de  Neuroanatomie Teoretica din cadrul Centrului de Cercetare Jülich din Germania. „Abilitatea de a rula la scară largă reţele neuronale detaliate rapid şi la un consum redus de energie va avansa cercetarea robotică şi facilitarea studiilor cu privire la învăţare şi tulburări cerebrale”, completează cercetătorul.
Creierul uman este extrem de complex, cuprinzând 100 de miliarde de celule interconectate. Înţelegem modul în care neuronii şi componentele lor se comportă şi comunică între ele şi pe scară mai largă, care zone ale creierului sunt folosite pentru percepţia, acţiunea şi cunoaşterea senzorială. Cu toate acestea, ştim mai puţin despre traducerea activităţii neuronale în comportament, cum ar fi transformarea gândului în mişcarea musculară.
Software-ul supercomputerelor a ajutat la simularea schimbului de semnale între neuroni, dar chiar şi cel mai bun software rulat pe cele mai rapide supercomputere până acum poate simula doar 1% din creierul uman.
 

O secundă de activitate neuronală în timp real 

 
„Este în prezent neclar ce arhitectură de calculatoare este cea mai potrivită pentru a studia eficient reţelele creierului. Proiectul European Human Brain şi Centrul de Cercetare Jülich au efectuat cercetări ample pentru a identifica cea mai buna strategie pentru această problemă extrem de complexă. Supercomputerele de astăzi au nevoie de mai multe minute pentru a simula o secundă de timp real, astfel încât studiile despre procese precum învăţarea, care durează ore şi zile în timp real, sunt în prezent inaccesibile”, explică profesorul Markus Diesmann, co-autor, şef al Departamentului de Calcul şi Sisteme de Neuroştiinţe al Centrului de Cercetare Jülich.
El a continuat: „Există o diferenţă uriaşă între consumul de energie al creierului şi supercomputerele de astăzi. Calculul neuromorfic (inspirat de creier) ne permite să investigăm cât de aproape putem ajunge de eficienţa energetică a creierului prin utilizarea electronică”.
 

500.000 de microprocesoare

 
Dezvoltat în ultimii 15 ani şi bazat pe structura şi funcţia creierului uman, SpiNNaker - parte a Platformei Neuromorfice de Calcul a Proiectului „Creierul Uman” - este un calculator construit la comandă compus din jumătate de milion de elemente de calcul simple controlate prin software-ul propriu. Cercetătorii au comparat acurateţea, viteza şi eficienţa energetică a SpiNnaker cu cea a NEST - un software specializat pentru supercomputere utilizat în prezent pentru cercetarea neuronilor de semnalizare a creierului.
 
„Simulările efectuate pe NEST şi SpiNnaker au arătat rezultate foarte asemănătoare”, spune Steve Furber, co-autor şi profesor de inginerie informatică la Universitatea din Manchester, Marea Britanie. „Aceasta este prima dată când o astfel de simulare detaliată a cortexului a fost rulată pe SpiNnaker sau pe orice platformă neuromorfică, SpiNnaker cuprinde 600 de circuite care încorporează în total peste 500.000 de microprocesoare. Simularea descrisă în acest studiu a folosit doar şase placi - 1% din capacitatea totală a maşinii. Rezultatele cercetării noastre vor îmbunătăţi software-ul pentru a reduce acest lucru la o singură placă”, a mai spus cercetătorul.  
 
Van Albada împărtăşeşte aspiraţiile sale viitoare pentru SpiNnaker: "Sperăm că se vor înmulţi simulările în timp real făcute pe durate din ce în ce mai mari cu aceste sisteme informatice neuromorfe. În Proiectul Creierului Uman, lucrăm deja cu neurorobotişti care speră să le folosească pentru controlul robotic".
 
Citeşte şi
 
 
citeste totul despre: