211service.com
Opbygning af Cortex i silicium
Et ambitiøst projekt om at modellere hjernebarken i silicium er i gang i Stanford. Den menneskeskabte hjerne kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan den senest udviklede del af vores hjerne udfører sine komplekse beregningspræstationer, hvilket giver os mulighed for at forstå sprog, genkende ansigter og planlægge dagen. Det kan også føre til nye neurale proteser.
Siliciumchips bygget til at ligne hjernen kunne kaste lys over dens beregningskraft.
Hjerner gør ting på teknisk og konceptuelt nye måder - de kan løse ret ubesværet problemer, som vi endnu ikke kan løse med de største og mest moderne digitale maskiner, siger Rodney Douglas , professor ved Institut for Neuroinformatik, i Zürich. En af måderne at udforske dette på er at udvikle hardware, der går i samme retning.
Neuroner kommunikerer med en række elektriske impulser; kemiske signaler ændrer forbigående individuelle cellers elektriske egenskaber, hvilket igen udløser en elektrisk ændring i den næste neuron i kredsløbet. I 1980'erne, Carver Mead , en pioner inden for mikroelektronik ved California Institute of Technology, indså, at de samme transistorer, der blev brugt til at bygge computerchips, kunne bruges til at bygge kredsløb, der efterlignede neuronernes elektriske egenskaber. Siden da har videnskabsmænd og ingeniører brugt disse transistor-baserede neuroner til at bygge mere komplicerede neurale kredsløb, modellering af nethinden, cochlea (den del af det indre øre, der omsætter lydbølger til neurale signaler) og hippocampus (en del). af hjernen afgørende for hukommelsen). De kalder processen neuromorphing.
Nu Kwabena Boahen , en neuroingeniør ved Stanford University, planlægger det mest ambitiøse neuromorfe projekt til dato: at skabe en siliciummodel af cortex. Den første generations design vil være sammensat af et printkort med 16 chips, der hver indeholder en 256 x 256 række siliciumneuroner. Grupper af neuroner kan indstilles til at have forskellige elektriske egenskaber, der efterligner forskellige typer celler i cortex. Ingeniører kan også programmere specifikke forbindelser mellem cellerne for at modellere arkitekturen i forskellige dele af cortex.
Vi vil gerne være i stand til at udforske forskellige ideer, forskellige forbindelsesmønstre, forskellige operationer i disse områder, siger Boahen. Det er ikke rigtig muligt at udforske det lige nu. Boahen planlægger i sidste ende at bygge chips, som andre videnskabsmænd kan købe og bruge til at teste deres egne teorier om, hvordan cortex fungerer. Den nye viden kan så bygges ind i den næste generation af chips.
Det er meget spændende, siger Terrence Sejnowski , leder af Computational Neurobiology Laboratory ved Salk Institute, i La Jolla, CA. Teknologien er modnet til det punkt, hvor det er muligt at tænke på simuleringer i stor skala. For eksempel studerer Sejnowski, hvordan thalamus, et hjerneområde, der menes at videregive og integrere information fra forskellige dele af hjernen, interagerer med cortex. Vi kan i øjeblikket lave små simuleringer af hundreder til tusindvis af neuroner, men det ville være fantastisk at kunne skalere det op, siger han.
Millionneuronnettet vil have en behandlingshastighed svarende til 300 teraflops, hvilket betyder, at i modsætning til computersoftwaresimuleringer af cortex, vil den fastkablede siliciummodel være i stand til at køre i realtid. I stedet for at køre tusinde softwareinstruktioner, er det bare strøm, der løber gennem transistorer, ligesom rigtige neuroner, siger Boahen.
Selvfølgelig bliver projektet udfordrende. De bliver nødt til at få et stort antal chips til at arbejde sammen, siger Douglas. At sammensætte en struktur på den skala, Kwabena har i tankerne – ingen har gjort det endnu. Men det kan blive et vendepunkt på området. Douglas sammenligner den nuværende tilstand af neuromorfisk konstruktion med de tidlige stadier af computerchipdesign. Folk havde arbejdet på forskellige typer logiske porte, men det krævede et helt andet verdensbillede at bygge computerchips, siger han.
Ingeniører håber i sidste ende at bruge informationen, der genereres af siliciumbarken, på en række forskellige måder - for eksempel til at bygge bedre neurale proteser. Realtidsaspektet af denne teknologi giver os i princippet mulighed for at forbinde siliciumcortex med den rigtige cortex eller hjerne, siger Gert Cauwenberghs, en neuroingeniør ved University of California, San Diego. Der er et løfte, i hvert fald i fremtiden, at bygge en protese til at erstatte en mistet motorisk eller sensorisk funktion.