Ученые сымитировали мозг на аналоговых компонентах

Компьютерные чипы, которые имитируют человеческий мозг, во многих аспектах нередко опережают обычные компьютерные чипы. Кроме того, они улучшают понимание того, как на самом деле может функционировать реальный мозг.

Многократные попытки ученых сымитировать мозг обычно подразумевали просто разработку некого специального программного обеспечения, которое попытается смоделировать работу группы нейронов. Однако теперь появилось новое "нейроморфное" устройство, и оно постарается не просто изображать работу мозга, но до некоторой степени "быть мозгом". И пытается оно воссоздать работу мозга, используя не цифровые, а аналоговые компоненты - те самые, которые существовали на заре компьютерной эры, в первые дни вычислительных машин.

"В нашей системе вы можете даже физически указать на отдельный нейрон", - говорит создатель чипа Карл-Хайнц Майер из Гейдельбергского Университета в Германии. Чип, названный Spikey, содержит 400 нейронов в виде печатных схем. У каждого нейрона настоящего мозга есть напряжение на внешней мембране, Spikey тоже имитирует его, но при помощи конденсаторов. Как и у реальных нейронов, когда напряжение достигает некоторого порога, конденсатор испускает "нервный" сигнал.

Spikey имитирует и синапсы - межнейронные связи. В обычных компьютерных чипах каждый процесс является цифровым, где возможны лишь два значения "1" и "0". А команда Мейера использует аналоговые компоненты с разными уровнями сопротивления, поэтому они могут моделировать более или менее сильные связи между нейронами в зависимости от каждой конкретной ситуации.

"Аналоговые схемы, которые считались похороненными после прихода цифровых компьютеров, теперь стали более мощными и нашли себе новое применение", считает Майер. Команда связывала отдельные "нейроны" Spikey по-разному, пытаясь имитировать различные схемы мозга. У нейроморфных чипов есть некоторые преимущества относительно цифровых. Например, в них не разделяется память и вычисления, так как информация хранится в значениях силы текущих синаптических связей. А значит, устройство может работать быстрее и потреблять меньше энергии. Они также лучше справляются с повреждениями. Сбой всего нескольких элементов нормального чипа полностью портит его. Нейроморфный же чип продолжает работать, хотя и делает это медленнее.

В настоящее время готовы шесть нейронных сетей. Одна из них соответствует реальной обонятельной системе насекомого. Эксперимент показывает, что искусственная сеть ведет себя так же, как настоящая.

Spikey - не первый нейроморфный чип, однако до сих пор подобные ему устройства имитировали только какую-то одну конкретную схему мозга, а Spikey может воссоздать любую.

Команда надеется прийти от текущей разработки к новой архитектуре компьютеров. Сейчас проект расширяется, и следующий чип будет включать не 400, как сейчас, а 200 000 нейронов. В следующем году он будет использован для более сложного эксперимента - моделирования части коры головного мозга крыс.