Человеческий мозг вдохновляет инженеров

Старший технолог компании IBM Керри Бернштейн (Kerry Bernstein) был изумлен техническими перспективами, связанными с использованием в компьютерах принципов работы человеческого мозга. Любопытство не давало ему покоя на протяжении пяти лет, в течение которых он частенько обсуждал интересующие его вопросы со знакомым нейрохирургом. Мартин Беднар (Martin Bednar), в то время руководивший нейрохирургическими исследованиями в университете Вермонта, объяснял ему принципы работы нейронов и мозга в целом. А Бернштейн, в свою очередь, просвещал Мартина в транзисторах и процессорах. Обоих поразил тот факт, что физические принципы, лежащие в основе работы и мозга, и компьютера, одни и те же. Отсюда возник вопрос: если физика процессов одинакова в обоих случаях, каким образом сделать так, чтобы обе системы использовали одни и те же методы для решения задач? Особенно с учетом того, что мозг может решать задачи эффективнее.

Можно сказать, что мозг работает с тактовой частотой, примерно составляющей 12 килогерц, и при этом потребляет гораздо меньше энергии, чем аналогичный компьютер. Это ведет к экспоненциальному росту его эффективности по сравнению с лучшими компьютерами. "Причина этого, - поясняет Бернштейн, - в том, чего мы не можем сделать в электронике. Это массовый параллелизм". Он означает, что один бит данных распределяется по сотне тысяч нейронов.

По мере того как компьютеры становятся все быстрее, чипы - все меньше, а необходимость хранения больших объемов информации повышает требования к точности их изготовления, растет энергопотребление электронных устройств. Оно превратилось в серьезную проблему, физически ограничивающую их возможности. Компьютерные инженеры, как и Бернштейн, стремятся найти новые направления развития. Они уверены в успехе - электроника по-прежнему стремительно развивается, и если в процессе эволюции млекопитающих объем мозга увеличивался на кубический дюйм примерно каждые 100 000 лет, характеристики и возможности процессоров удваиваются каждые 12-18 месяцев. В перспективе обеспечить подобные темпы развития не удастся, полагает Бернштейн.

Его беседы с Мартином Беднаром привели к сотрудничеству электронщиков с нейрохирургами. Специалисты в области мозга стали сообщать о своих работах в IBM, а Бернштейн каждый год делает доклады на конференции нейрохирургов. "Это приносит обоюдную пользу, - говорит Бернштейн. - Мы черпаем идеи у мозга и применяем их уже непосредственно при проектировании микропроцессоров". Изучение принципов работы мозга позволило повысить характеристики печатных плат. Оно привело к появлению методики квантовых вычислений и использованию нейронной архитектуры в компьютерных чипах.

Нейрохирурги, в свою очередь, узнают, как с помощью компьютера можно усовершенствовать хирургию мозга. Роботы, нанотехнологии и визуализация предоставляют возможность увидеть части мозга, позволяя планировать операции и определять методики их проведения. "Где-то десять лет назад стало очевидно, что компьютерные технологии становятся крайне важным орудием труда в нашей области, так что нам нужно иметь представление о перспективах применения компьютеров", - говорит доктор Иссам Авад (Issam Awad), глава отдела нейрохирургии университета Колорадо.

Когда-нибудь компьютерные технологии позволят перепроектировать нервную систему человека, либо будут внедрены в его мозг. С грызунами это уже проделали, говорит Авад, что привело фактически к созданию дистанционно управляемой крысы. Можно добиться, например, что в мозг человека просто не сможет прийти мысль о том, чтобы ударить беззащитного. Чип сможет восстановить функционирование поврежденной части мозга, утратившей способность передавать сигналы. Компьютерные инженеры благодаря в прямом смысле слова "мозговому штурму" смогут создать виды электронных животных. "В настоящее время уже имеются цепи, очень хорошо аппроксимирующее принципы функционирования нейрона человека. А имея модель нейрона, мы, очевидно, сможем смоделировать и сам мозг", - полагает доктор Авад.

Многие специалисты полагают, что мы присутствуем при рождении первых видов электронной фауны, и Бернштейн согласен с этим. "Существует множество захватывающих возможностей",- заключает он.

Источник: АР