Budowanie kory w krzemie

W Stanford realizowany jest ambitny projekt modelowania kory mózgowej w krzemie. Stworzony przez człowieka mózg może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób najnowsza wyewoluowana część naszego mózgu wykonuje złożone operacje obliczeniowe, pozwalając nam rozumieć język, rozpoznawać twarze i planować dzień. Może to również prowadzić do nowych protez neuronalnych.

Chipy krzemowe zbudowane na podobieństwo mózgu mogą rzucić światło na jego moc obliczeniową.

Mózgi robią rzeczy w nowatorskie technicznie i koncepcyjnie sposoby – mogą rozwiązywać raczej bez wysiłku problemy, których nie możemy jeszcze rozwiązać za pomocą największych i najnowocześniejszych maszyn cyfrowych, mówi Rodney Douglas , profesor w Instytucie Neuroinformatyki w Zurychu. Jednym ze sposobów na zbadanie tego jest opracowanie sprzętu, który idzie w tym samym kierunku.

Neurony komunikują się za pomocą serii impulsów elektrycznych; sygnały chemiczne przejściowo zmieniają właściwości elektryczne poszczególnych komórek, co z kolei wyzwala zmianę elektryczną w następnym neuronie w obwodzie. W 1980, Miód Carver , pionier mikroelektroniki w California Institute of Technology, zdał sobie sprawę, że te same tranzystory, które są używane do budowy chipów komputerowych, można wykorzystać do budowy obwodów naśladujących elektryczne właściwości neuronów. Od tego czasu naukowcy i inżynierowie wykorzystują te neurony oparte na tranzystorach do budowy bardziej skomplikowanych obwodów neuronowych, modelowania siatkówki, ślimaka (część ucha wewnętrznego, która przekształca fale dźwiękowe na sygnały neuronowe) i hipokampu (część mózgu kluczowego dla pamięci). Nazywają ten proces neuromorfingiem.

Ale już Kwabena Boahen , neuroinżynier ze Stanford University, planuje najambitniejszy jak dotąd projekt neuromorficzny: stworzenie krzemowego modelu kory mózgowej. Projekt pierwszej generacji będzie składał się z płytki drukowanej z 16 chipami, z których każdy będzie zawierał układ neuronów krzemowych o wymiarach 256 na 256. Grupy neuronów można ustawić tak, aby miały różne właściwości elektryczne, naśladując różne typy komórek w korze. Inżynierowie mogą również zaprogramować określone połączenia między komórkami, aby modelować architekturę w różnych częściach kory.

Chcemy być w stanie badać różne pomysły, różne wzorce łączności, różne operacje w tych obszarach, mówi Boahen. Nie da się tego teraz zbadać. Boahen ostatecznie planuje zbudować chipy, które inni naukowcy mogą kupić i wykorzystać do przetestowania własnych teorii działania kory. Ta nowa wiedza może być następnie wbudowana w następną generację chipów.

To bardzo ekscytujące, mówi Terrence Sejnowski , kierownik Laboratorium Neurobiologii Obliczeniowej w Instytucie Salka w La Jolla, Kalifornia. Technologia dojrzała do tego stopnia, że ​​można myśleć o symulacjach na dużą skalę. Na przykład Sejnowski bada, w jaki sposób wzgórze, obszar mózgu, który ma przekazywać i integrować informacje z różnych części mózgu, oddziałuje z korą. Obecnie możemy przeprowadzać małe symulacje setek, a nawet tysięcy neuronów, ale byłoby wspaniale móc to powiększyć – mówi.

Siatka o milionach neuronów będzie miała prędkość przetwarzania odpowiadającą 300 teraflopom, co oznacza, że ​​w przeciwieństwie do symulacji komputerowych kory mózgowej, przewodowy model krzemowy będzie mógł działać w czasie rzeczywistym. Boahen mówi, że zamiast tysiąca instrukcji programowych, przez tranzystory przepływa prąd, tak jak w przypadku prawdziwych neuronów.

Oczywiście projekt będzie wymagający. Będą musieli zebrać dużą liczbę żetonów do współpracy, mówi Douglas. Zbudować strukturę na miarę Kwabeny – nikt jeszcze tego nie zrobił. Ale może stać się punktem zwrotnym w tej dziedzinie. Douglas porównuje obecny stan inżynierii neuromorficznej do wczesnych etapów projektowania chipów komputerowych. Ludzie pracowali nad różnymi typami bramek logicznych, ale budowa chipów komputerowych wymagała zupełnie innego światopoglądu, mówi.

Inżynierowie ostatecznie mają nadzieję wykorzystać informacje generowane przez korę krzemową na różne sposoby – na przykład do budowy lepszych protez nerwowych. Aspekt tej technologii w czasie rzeczywistym pozwala nam zasadniczo łączyć korę krzemową z rzeczywistą korą mózgową, mówi Gert Cauwenberghs, neuroinżynier z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Jest obietnica, przynajmniej w przyszłości, zbudowania protezy, która zastąpi utraconą funkcję motoryczną lub sensoryczną.

ukryć