Моделирование человеческого мозга специальными компьютерами нового поколения

Специальные компьютеры, вдохновленные архитектурой человеческого мозга, благодаря впечатляющей производительности приближаются еще на шаг к моделированию его нейронной сети в реальном времени.

Что такое суперкомпьютер?

Упрощенно это система из массивно-параллельных, высокопроизводительных векторных процессоров и кластерных компьютеров (не все компоненты обязательны). Суперкомпьютеры создали новые научные методологии, например вычислительную науку, сочетающую эксперимент и вычисление.

Сегодня суперкомпьютеры выполняют сотни триллионов операций за 1 секунду. Наши персональные компьютеры называются компьютерами общего назначения (general-purpose computer).

Моделирование нейронной сети человеческого мозга

Специально созданные для этого компьютеры начали давать результаты, сходные с суперкомпьютерами, моделирующими мозг. Frontiers in Neuroscience по опубликованному в журнале исследованию, SpiNNaker новый компьютер с этим названием превзошел традиционные суперкомпьютеры в тестах скорости и энергоэффективности, особенно последней. Главная цель работы — расширить знания о нейронной активности мозга и таких болезнях, как эпилепсия и Alzheimer.

Автор работы и глава группы теоретической нейроанатомии Исследовательского центра Julich в Германии доктор Sacha van Albada: «SpiNNaker может строить подробную биологическую модель коры (внешнего слоя мозга, обрабатывающего сведения органов чувств). Более детальные результаты позволяют помогать передовым исследованиям робототехники». отметила.

Человеческий мозг

Мозг человека состоит из 100 миллиардов нейронов с множеством связей. Если представить большой лес, каждый ствол — нейрон, а межклеточных связей столько, сколько листьев на деревьях. Так мозг можно считать самой сложной структурой Вселенной. По взаимодействиям и поведению клеток сегодня известно, какие области отвечают за разные функции тела. Но как нейронная активность превращается в поведение, например мысль в движение мышцы, и как хранится информация, полностью не выяснено.

Лучшие программы и самые быстрые суперкомпьютеры могут моделировать лишь 1% мозга.

По исследованию Европейского проекта человеческого мозга современные суперкомпьютеры выполняют за несколько минут то, что мозг делает за 1 секунду. Обучение может занимать часы и недели, поэтому архитектура под конкретную задачу очень важна.

Разработка специального компьютера нового поколения SpiNNaker

Созданный в рамках более 15 лет развивающегося Проекта человеческого мозга SpiNNaker — специальный компьютер из примерно полумиллиона простых процессоров и 600 плат, работающий собственным ПО. Его принцип называют цифровыми нейроморфными вычислениями; он отличается от классических суперкомпьютеров. Результаты близки NEST, одному из лучших для нейронных вычислений. Но в анализе использовались лишь 6 плат, то есть около 1% общей мощности SpiNNaker. Исследователи ожидают значительного роста производительности при совершенствовании ПО и плат.

В итогехотя компьютеры очень быстро выполняют определенные операции, до сложности и навыков даже одного мозга им еще далеко. Поэтому в клинических решениях, например выборе лечения врачом, они пока слабы. Но успех проекта SpiNNaker может раскрыть причины загадочных нервных болезней и помочь найти лечение. Высококачественное моделирование мозга также совершит прорыв в энергоэффективности и производительности механизмов решений роботов.