ابرکامپیوترها موفق به شبیه سازی مغز موش ها شدند

پس از 12 سال تلاش، محققان دانشگاه منچستر برای شبیه سازی مغز موش ها توانستند ساخت ابر رایانه “SpiNNaker” (طراحی شبکه عصبی اسپایکینگ-Spiking Neural Network Architecture) را به پایان برسانند. این ابر کامپیوتر قادر است کارهای داخلی یک میلیارد نورون را از طریق یک میلیون واحد پردازش شبیه سازی کند.

مغز انسان شامل 100 میلیارد نورون می‌شود که پیام ها را از طریق صدها تریلیون از سیناپس ها جا به جا می‌کند. در حالی که این اعداد بسیار بزرگ به نظر می‌رسند، یک شبیه ساز مغز دیجیتالی بیش از مقدار زیادی انرژی که برای پردازش خام این داده‌ها نیاز دارد، به انرژی فراتری هم برای بازاندیشی رادیکال طراحی کامپیوتر استاندارد نیاز دارد.

پروفسور Stephen Furber، مدیر پروژه SpiNNaker می گوید: “برخی از نورون های مغز دارای هزاران ورودی می‌باشند که این مقدار در برخی از آنها به یک چهارم میلیون نیز می‌رسد. بنابراین مسئله ایجاد ارتباط است نه محاسبات. کامپیوتر ها به خوبی قادرند که حجم بزرگی از اطلاعات را با سرعتی بالا جا به جا کنند و از مکانی به مکانی دیگر ببرند، اما نورون های موجود در مغز اطلاعات کوچکی را در مغز جا به جا می‌کنند که این نوع از ارتباط کمی متفاوت است.”

اما محققان با طراحی یک سیستم رایانش موازی که در آن هر یک از هسته ها می‌توانند اطلاعات کوچکی که بزرگی آنها نهایتا به 72 بیت می‌رسد را در یک شبکه ارتباط داخلی به مقصدشان هدایت کنند. با این طراحی، این ابر رایانهبه راحتی قادر است تا شبیه سازی 100 میلیون از نرون های مغز موش را شبیه سازی کنند. با این حال و با همین طراحی نیز نمی‌توان یک مدل از مغز را ایجاد کرد زیرا این مدل نیاز به یک سیستم سیم کشی دقیق و پیچیده دارد.

در واقع ما با مدل سازی شبیه سازی مغز موش می‌توانیم نحوه ی ارتباط برقرار کردن نورون ها در مغز را کشف کنیم. در عمل این یک مقدار قابل قبول داده برای جمع آوری است، اما ما باید توزیع آماری انواع نورون ها و داده های اتصال آماری را نیز انجام دهیم.

اگرچه نقشه برداری تک به تک نورون ها به زودی میسر نمی‌شود اما یک نقشه برداری کلی از نورون ها نیز می‌تواند نتایج جالبی را در اختیار محققان قرار دهد. با این نقشه برداری محققان به عنوان مثال می‌توانند یک مدل کامپیوتری از قشر بصری شبیه سازی مغز موش را ایجاد کنند که در آن می‌توانند نحوه ی انتقال پیام عصبی به چشم و بازگشت آن از مغز و نحوه ی پردازش آن را شبیه سازی کنند.

تیم محقق به تازگی به دنبال شبیه سازی قسمتی از مغز با نام عقده های قاعده ای (Basal Ganglia) که با بیماری پارکینسون در ارتباط است، هستند. در واقع از این تکنولوژی می‌توان در راستای زمینه های پزشکی و دارویی استفاده کرد اما محققان می‌گویند که تأثیر این تکنولوژی بر روی بیماران می‌تواند یک دهه طول بکشد.

فوبر و دیگر پژوهشگران در حال حاضر بر روی کامپیوتر نسل دوم، “SpiNNaker2″، کار می‌کنند که کامپیوتر مذکور از تکنولوژی ارتقاء یافته سیلیکون برای ارسال داده‌ها با سرعت ۱۰ برابر سرعت فعلی استفاده می‌کند. با این کار محققان می‌توانند مغز یک حشره را شبیه سازی کنند که اجازه می‌دهد تا از آن بتوانند در پهپاد ها استفاده کنند.