تقلید مغز انسان با رایانه‌های سفارشی نسل جدید

امروزه رایانه‌های سفارشی الهام‌گرفته از معماری مغز انسان، با عملکرد هیجان‌انگیز خود یک گام به شبیه‌سازی زنده شبکه عصبی مغز انسان نزدیک‌تر می‌شوند.

ابررایانه چیست؟

ابررایانه را به‌سادگی می‌توان سامانه‌ای از پردازنده‌های انبوه موازی، پردازنده‌های برداری پُرکارایی و خوشه‌های رایانه‌ای تعریف کرد؛ لازم نیست همه اجزا وجود داشته باشند. ابررایانه‌ها روش‌شناسی‌های جدیدی مانند علم محاسباتی را ممکن کرده‌اند که آزمایش و محاسبه را در علم ترکیب می‌کند.

امروزه ابررایانه‌ها در 1 ثانیه صدها تریلیون عملیات انجام می‌دهند. رایانه‌هایی که شخصاً استفاده می‌کنیم رایانه عمومی یا general-purpose computer نام دارند.

تقلید شبکه عصبی مغز انسان

رایانه‌های ساخته‌شده ویژه تقلید شبکه عصبی مغز، اکنون نتایجی مشابه ابررایانه‌های شبیه‌ساز مغز تولید می‌کنند. Frontiers in Neuroscience بر اساس پژوهش منتشرشده در این مجله، SpiNNaker نام رایانه جدیدی است که در آزمون‌های سرعت و بازده انرژی، به‌ویژه از نظر بازده انرژی، از عملکرد ابررایانه‌های سنتی فراتر رفته است. هدف اصلی این پژوهش افزایش دانش درباره فعالیت‌های عصبی مغز و کسب اطلاعات بیشتر درباره بیماری‌هایی مانند صرع و آلزایمر است.

دکتر ساشا فان آلبادا، طراح این پژوهش و رئیس گروه عصب‌کالبدشناسی نظری مرکز پژوهش یولیش آلمان، گفت: «SpiNNaker می‌تواند مدل زیستی دقیقی از لایه قشر مغز، لایه بیرونی پردازش‌کننده اطلاعات حسی، ارائه کند. به این ترتیب با نتایج گسترده‌تر و دقیق‌تر می‌تواند به پژوهش پیشرفته رباتیک کمک کند.» چنین بیان کرد.

مغز انسان

مغز انسان از 100 میلیارد نورون یا سلول مغزی تشکیل شده که ارتباط‌های فراوانی با یکدیگر دارند. اگر مغز را جنگلی بزرگ بدانیم، هر درخت یک نورون است و به تعداد برگ‌های این درختان ارتباط میان سلول‌ها وجود دارد. از این نظر مغز انسان را می‌توان پیچیده‌ترین ساختار جهان دانست. اکنون بر اساس تعامل و رفتار این سلول‌ها می‌دانیم کدام بخش مغز مسئول کدام عملکرد بدن است، اما چگونگی تبدیل فعالیت عصبی به رفتار، مانند تبدیل فکر به حرکت عضله، یا چگونگی ذخیره اطلاعات کاملاً روشن نشده است.

با بهترین برنامه‌های شبیه‌سازی و سریع‌ترین ابررایانه‌های این حوزه فقط 1% مغز قابل شبیه‌سازی است.

بر اساس پژوهش پروژه مغز انسان اروپا، ابررایانه کنونی عملیاتی را که مغز انسان در 1 ثانیه انجام می‌دهد در چند دقیقه انجام می‌دهد. کارهایی مانند یادگیری ممکن است ساعت‌ها یا هفته‌ها زمان ببرند؛ بنابراین انتخاب معماری رایانه ویژه مسئله اهمیت زیادی دارد.

روند توسعه رایانه سفارشی نسل جدید SpiNNaker

SpiNNaker که در چارچوب پروژه مغز انسان با بیش از 15 سال توسعه ساخته شده، رایانه سفارشی متشکل از حدود نیم میلیون پردازنده ساده و 600 برد مدار است و با نرم‌افزار خود کار می‌کند. اصل عملکرد آن محاسبات دیجیتال نورومورفیک نیز نامیده می‌شود و با ابررایانه کلاسیک متفاوت است. برای محاسبه فرایندهای عصبی نتایجی بسیار نزدیک به ابررایانه NEST، از بهترین‌های این حوزه، داشته است. اما در این تحلیل فقط 6 برد مدار، یعنی حدود 1% توان کل SpiNNaker، استفاده شد. پژوهشگران فکر می‌کنند با توسعه نرم‌افزار و برد مدار، کارایی بسیار بیشتر خواهد شد.

در نتیجه، اگرچه رایانه‌ها برخی عملیات را بسیار سریع انجام می‌دهند، برای رسیدن حتی به پیچیدگی و مهارت یک مغز انسان به توسعه زیادی نیاز دارند. به همین دلیل در موضوعاتی مانند تصمیم‌گیری بالینی یا تصمیم درمانی پزشک هنوز بسیار ضعیف‌اند. بااین‌حال اگر پروژه شامل SpiNNaker موفق شود، ممکن است علل بیماری‌های عصبی پررمزوراز آشکار و درمانی یافت شود. همچنین با شبیه‌سازی سطح بالای مغز انسان، در بازده انرژی و عملکرد سازوکار تصمیم‌گیری ربات‌ها تحول ایجاد خواهد شد.