Yeni nesil özel yapım bilgisayarlar ile insan beynini taklit etmek

Günümüzde insan beyni mimarisinden ilham alınarak tasarlanan özel yapım bilgisayarlar, heyecanlandıran performansları ile insan beyni sinir ağını gerçek zamanlı olarak simüle etmeye bir adım daha yaklaşmaktadır.

Süper bilgisayar nedir?

Süper bilgisayar basit olarak; yoğun paralel işlemciler, yüksek başarımlı vektör işlemciler ve öbek bilgisayarların oluşturduğu sistem (her bileşen olmak zorunda değil) olarak tanımlanabilir. Süper bilgisayarlar bilimde, deney ve hesaplamayı birleştiren hesaplamalı bilim gibi yeni metodolojilerin oluşmasını sağlamıştır.

Günümüzde süper bilgisayarlar 1 saniyede yüzlerce trilyon işlem yapar hale gelmiştir. Şahsi olarak kullandığımız bilgisayarlar genel-amaç bilgisayarı (general-purpose computer) olarak geçmektedir.

İnsan beyin sinir ağını taklit etmek

Beynin sinir ağını taklit etmesi için özel üretilen bilgisayarlar, şu an beyin simülasyonu yapan süper bilgisayarlar ile benzer sonuçlar üretmeye başlamıştır. Frontiers in Neuroscience dergisinde yayımlanan araştırmaya göre SpiNNaker adı verilen yeni bir bilgisayar, hız ve enerji verimi ile ilgili testlerde geleneksel süper bilgisayarların özellikle enerji verimi konusunda başarısının üzerine çıkmayı başarmıştır. Bu çalışmanın temel amacı beynin sinirsel faaliyetleri hakkındaki bilgi birikimini artırıp epilepsi, Alzheimer gibi rahatsızlıklar hakkında daha geniş bilgi sahibi olmaktır.

Bu çalışmanın mimarı ve Almanyadaki Julich Araştırma Merkezindeki Teoratik Nöroanatomi Grubu Başkanı Dr. Sacha van Albada: "SpiNNaker, kortex katmanının (duyulardan gelen bilgileri işleyen beynin dış katmanı) detaylı biyolojik modelini çıkarabilmektedir. Bu sayede daha geniş detaylı sonuçlar çıkararak gelişmiş robotik araştırmalara katkı sağlayabilmektedir." diye belirtmiştir.

İnsan beyni

İnsan beyni, birbiri ile çok sayıda bağlantı kuran 100 milyar nörondan (beyin hücresi) oluşmaktadır. İnsan beynini büyük bir orman gibi düşünürsek, içindeki her bir ağaç bir nöron hücresi iken, bu ağaçların yapraklarının sayısı kadar hücreler arası bağlantı vardır. Bu haliyle insan beyni, evrenin en kompleks yapısı olarak düşünülebilir. Günümüzde bu hücrelerin birbiriyle etkileşimi ve davranış biçimine göre beynin hangi bölümünün hangi vücut fonksiyonundan sorumlu olduğu konusunda bilgi sahibiyiz. Fakat düşüncenin kas hareketine dönüşmesi gibi sinirsel bir aktivitenin davranışa nasıl çevrildiği veya bilgilerin nasıl depolandığı tam anlamıyla andınlatılmamıştır.

Bu alanda kullanılan en iyi simülasyon programları ve en hızlı süper bilgisayarlar ile sadece beynin 1%’lik kısmını simüle edebilmektedir.

Avrupa İnsan Beyni Projesi kapsamında yapılan araştırmaya göre günümüz süper bilgisayarı insan beyninin 1 saniyede yaptığı işlemi birkaç dakikada yapabilmektedir. Öğrenme gibi işlemler saatler, haftalar alabilmektedir; dolayısıyla probleme özel seçilecek bilgisayar mimarisi yüksek önem arz etmektedir.

Yeni nesil özel yapım bilgisayar SpiNNaker’ı geliştirilme süreci

15 yılı aşkın süredir geliştirilen İnsan Beyni Projesi kapsamında geliştirilen SpiNNaker, yaklaşık yarım milyon basit işlemcilerden ve 600 devre kartından oluşan ve kendi yazılımı aracılığıyla çalışan bir özel yapım bilgisayardır. SpiNNaker'ın çalışma prensibi, dijital nöromorfik computing olarak da adlandırılmaktadır ve klasik süper bilgisayarlardan farklı çalışmaktadır. Sinirsel işlemlerin hesaplanması için alanında en iyilerinden biri olan NEST süper bilgisayarı ile birbirine çok yakın sonuçlar elde etmiştir. Fakat bu analizde sadece 6 devre kartı yani SpiNNaker’ın yaklaşık toplam gücünün 1%’i kullanılmıştır. Araştırmacılar bu konu hakkında yazılımın ve devre kartının geliştirilmesi ile başarımın oldukça artacağı yönünde düşünmektedir.

Sonuç olarak, bilgisayarlar belli işlemleri çok hızlı yapabilse de tek bir insan beyninin bile kompleksliğine ve becerilerine ulaşması için daha epey geliştirilmeleri gerekli. Bu nedenle klinik karar verme (hekimin tedavi kararları) gibi konularda henüz çok zayıf kalmaktadırlar. Bununla birlikte SpiNNaker’ın dahil olduğu bu projenin başarıya ulaşması dahilinde içerisinde birçok gizemi barındıran sinir hastalıklarının sebepleri ortaya çıkarılabilir ve tedavi bulunabilir. Ayrıca insan beyni yüksek düzeyde simüle edilebildiğinde, robotların karar mekanizmalarındaki enerji verimi ve performansı konusunda da çığır açılacaktır.