تقدم كبير في بناء أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة الدماغ البشري

ينتج جهاز كمبيوتر تم تصميمه لمحاكاة الشبكات العصبية في الدماغ نتائج مشابهة لتلك الخاصة ببرنامج الكمبيوتر العملاق المحاكى للدماغ والذي يُستخدم حاليًا في أبحاث الإشارات العصبية ، كما توصلت دراسة جديدة نُشرت في مجلة فرونتيرز المفتوحة في علم الأعصاب. نظرًا لأنه تم اختباره للتأكد من دقته وسرعته وكفاءته في استخدام الطاقة ، فإن هذا الكمبيوتر المصمم خصيصًا والمسمى SpiNNaker لديه القدرة على التغلب على مشكلات السرعة واستهلاك الطاقة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية. والهدف من ذلك هو تطوير معرفتنا بالمعالجة العصبية في الدماغ ، لتشمل التعلم واضطرابات مثل الصرع ومرض الزهايمر.

"يمكن أن تدعم SpiNNaker النماذج البيولوجية المفصّلة للقشرة - الطبقة الخارجية من الدماغ التي تتلقّى وتعالج المعلومات من الحواس - تقدم نتائج مشابهة جدا لتلك التي تحاكي محاكاة برمجيات الحاسوب العملاق" ، يقول الدكتور ساشا فان البادا ، مؤلف هذه الدراسة وزعيم مجموعة التشريح العصبي النظري في مركز أبحاث Jülich ، ألمانيا. "إن القدرة على تشغيل شبكات عصبية مفصلة على نطاق واسع وبسرعة واستهلاك منخفض للطاقة ستدفع أبحاث الروبوتات وتسهل الدراسات على التعلم واضطرابات الدماغ."

الدماغ البشري معقد للغاية ، ويضم 100 مليار خلية دماغية مترابطة. نحن نفهم كيف تتصرف الخلايا العصبية الفردية ومكوناتها وتتواصل مع بعضها البعض وعلى النطاق الأوسع ، حيث يتم استخدام مناطق الدماغ للإدراك الحسي والعمل والإدراك. ومع ذلك ، فإننا نعرف أقل عن ترجمة النشاط العصبي إلى سلوك ، مثل تحويل التفكير إلى حركة عضلية.

لقد ساعدت البرمجيات العملاقة من خلال محاكاة تبادل الإشارات بين العصبونات ، ولكن حتى أفضل البرامج التي تعمل على أسرع الحواسيب الفائقة حتى الآن يمكنها محاكاة 1٪ فقط من الدماغ البشري.

"ومن غير الواضح في الوقت الحاضر أي هندسة الكمبيوتر هو الانسب لدراسة شبكات كامل الدماغ بشكل فعال. وبحث مستفيض أدوا مركز أبحاث يوليش الدماغ المشروع والأوروبية الإنسان للتعرف على أفضل استراتيجية لهذه المشكلة المعقدة للغاية. اليوم تتطلب عدة دقائق لمحاكاة ثانية واحدة من الوقت الفعلي ، لذلك لا يمكن حاليًا الوصول إلى دراسات حول عمليات مثل التعلم ، والتي تستغرق ساعات وأيامًا في الوقت الفعلي. " يشرح الأستاذ ماركوس ديسمان ، المؤلف المشارك ، رئيس قسم علم الأعصاب الحاسوبية والأنظمة في مركز أبحاث جوليش.

ويتابع قائلاً: "هناك فجوة كبيرة بين استهلاك الطاقة في الدماغ والحواسيب العملاقة اليوم. وتسمح لنا الحوسبة العصبية المستوحاة من الدماغ بالتحقيق في مدى قربنا من كفاءة الطاقة في الدماغ باستخدام الإلكترونيات".

تم تطوير SpiNNaker على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية بناءً على بنية ووظيفة الدماغ البشري ، وهو جزء من منصة الحوسبة العصبية لمشروع الدماغ البشري ، وهو عبارة عن كمبيوتر مصمم خصيصًا يتكون من نصف مليون عنصر بسيط من عناصر الحوسبة من خلال برنامجها الخاص. وقارن الباحثون دقة SpiNNaker وسرعتها وكفاءتها في استهلاك الطاقة مع تقنية NEST - وهي برنامج كمبيوتر عملاق متخصص يستخدم حاليًا في أبحاث إشارات الخلايا العصبية في الدماغ.

"أظهرت عمليات المحاكاة على NEST و SpiNNaker نتائج متشابهة للغاية" ، يقول ستيف فوربر ، مؤلف مشارك وأستاذ هندسة الكمبيوتر في جامعة مانشستر ، المملكة المتحدة. "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تشغيل هذه المحاكاة مفصلة من القشرة على الشراع، أو على أي منصة neuromorphic يضم الشراع 600 لوحات الدوائر دمج أكثر من 500،000 المعالجات الصغيرة في مجموعه المحاكاة وصفها في هذه الدراسة تستخدم لوحات ستة فقط. - 1٪ من إجمالي قدرة الماكينة. ستعمل نتائج بحثنا على تحسين البرنامج لتقليص ذلك إلى لوحة واحدة. "

يشارك فان Albada طموحاتها المستقبلية لالشراع "، ونأمل في المحاكاة في الوقت الحقيقي كبيرة على نحو متزايد مع هذه الأنظمة الحاسوبية neuromorphic. في مشروع الدماغ البشري، ونحن نعمل بالفعل مع neuroroboticists الذين يأملون في استخدامها للسيطرة الروبوتية."


اعداد وترجمة / فادي طارق