Αλγόριθμος προσομοιώνει τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Δεν υπάρχει όμως υπολογιστής να τον τρέξει.

Ο εγκέφαλος, ειδικά ο ανθρώπινος, είναι από τα πιο πολύπλοκα όργανα των πολυκύτταρων οργανισμών. Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουμε μεγάλη κατανόηση στο πως πραγματικά λειτουργεί. Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να ανακαλύψουν τα μυστικά του.

Πρόσφατα όμως, ερευνητές δημιούργησαν έναν αλγόριθμο που είναι ικανός να προσομοιώσει πλήρως τις λειτουργίες ενός ανθρώπινου εγκεφάλου.

Αυτό όμως που θα πρέπει να περιμένουμε είναι να κατασκευαστεί και ένας υπολογιστής που να έχει την επεξεργαστική ισχύ για τον τρέξει.

Την ερευνητική ομάδα απαρτίζουν επιστήμονες από την Γερμανία, την Ιαπωνία, την Νορβηγία και την Σουηδία. Αυτή η ομάδα δημοσίευσε ένα open-access paper που δημοσιεύθηκε στο Frontiers in Neuroinformatics, με μία λεπτομερή περιγραφή του νέου αλγορίθμου.

Ο αλγόριθμος αντιπροσωπεύει τους εικονικούς νευρώνες με κόμβους και είναι σχεδιασμένος να προσομοιώνει όλες τις συνδέσεις που υπάρχουν μέσα στον εγκέφαλο, που είναι κάπου στο 1 δισεκατομμύριο, μεταξύ των νευρώνων και των συνάψεων.

Η νευρωνική δραστηριότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου είναι εξαιρετικά πολύπλοκη και η ακριβής προσομοίωση της είναι αδύνατη με την τεχνολογία που διαθέτουμε. Οι υπερυπολογιστές που διαθέτουμε έχουν τρέξει μόνο πιο περιορισμένους αλγορίθμους, που έφταναν μόνο στο 10%, ένα μικρό μέρος του εγκεφάλου. Και αυτό γιατί οι τεχνικές δυνατότητες τους (hardware) δεν μπορούν να προσφέρουν την ισχύ που χρειάζεται για να μπορεί να προσομοιωθεί η σύνδεση όλων των νευρώνων, κάτι πολύ βασικό για όλες τις λειτουργίες του εγκεφάλου.

Όπως αναφέρεται και στο άρθρο του Kurzweil Network, η διαδικασία αυτή απαιτεί να υπάρχουν πληροφορίες για κάθε νευρώνα σε κάθε επεξεργαστή του δικτύου. Για ένα δίκτυο 1 δισεκατομμυρίου νευρώνων, ένα μεγάλο μέρος της μνήμης σε κάθε κόμβο καταναλώνεται από αυτές τις πληροφορίες. Η ανάγκη για περισσότερη υπολογιστική μνήμη γίνεται μεγαλύτερη όσο μεγαλώνει το νευρωνικό δίκτυο που προσομοιώνεται.

Έτσι αν προσπαθήσει να προχωρήσει στην προσομοίωση ολόκληρου του εγκεφάλου, ο κάθε επεξεργαστής θα χρειαστεί μνήμη 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή που διαθέτουν σήμερα οι υπερυπολογιστές.

Όπως καταλαβαίνουμε ο νέος αυτός αλγόριθμος είναι αδύνατο να τρέξει στο hardware που διαθέτουμε. Θεωρητικά όμως έχει απίστευτο scalability (επεκτασιμότητα) και θα δουλέψει στους μελλοντικούς exascale υπολογιστές.

Αναπτύχθηκε πάνω σε λογισμικό προσομοιώσεων ανοιχτού κώδικα (open source simulation software),  το γνωστό neural simulation tool (NEST), το οποίο χρησιμοποιείται κατά κόρον από την κοινότητα των  νευροεπιστημών.

Από το 2014, οι μεγάλες προσομοιώσεις νευρωνικών δικτύων που γίνονται με την βοήθεια του NEST τρέχουν σε petascale supercomputers όπως οι K supercomputer και JUQUEEN, του RIKEN και του Jülich Supercomputing Centre στην Γερμανία. Σε αυτές τις προσομοιώσεις καταφέρνουν να υλοποιήσουν το 1% των νευρώνων του ανθρώπινου εγκεφάλου σύμφωνα με τον Markus Diesmann, PhD, και διευθυντής του Jülich Institute of Neuroscience and Medicine. Στις παραπάνω προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκε μία παλιότερη έκδοση του αλγορίθμου NEST.

Μεταφέροντας τον αλγόριθμο στους μελλοντικούς exascale supercomputers, οι ερευνητές ελπίζουν να φτάσουν οι προσομοιώσεις στο 100% των λειτουργιών του εγκεφάλου. Αυτό θα είναι και ένα βαρυσήμαντο γεγονός για πολλά επιστημονικά πεδία.

Μία τέτοια προσομοίωση μπορεί να αλλάξει την πορεία των ερευνών που σχετίζονται με εγκεφαλικές παθήσεις, από την νόσο του Parkinson μέχρι την Πολλαπλή Σκλήρυνση (ή Σκλήρυνση Κατά Πλάκας).

Οι επιπτώσεις που θα έχει στην τεχνητή νοημοσύνη (artificial intelligence) και στον σχεδιασμό νευρωνικών δικτύων μπορεί να εξελιχθεί σε μία ολοκαίνουρια προοπτική για το deep learning.

Οι επιστήμονες έχουν δουλέψει για δεκαετίες τώρα στην κατανοήση του πως δουλεύει ο εγκέφαλος. Κάποιες από αυτές τις προσπάθειες τις ειδαμε και στο GeekD, στα εξής άρθρα: Κορυφαίοι νευροεπιστήμονες δημιούργησαν το «CERN του εγκεφάλου», Ακολουθώντας το ταξίδι της σκέψης στον εγκέφαλο, Απλοί άνθρωποι μπορούν να βοηθήσουν στο έργο των νευροεπιστημών.

Ο νέος αυτός αλγόριθμος φαίνεται να γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ αυτών που γνωρίζαμε μέχρι τώρα, και αυτά που μας είναι άγνωστα. Δίνει την ελπίδα ότι υπάρχει ο δρόμος και ο τρόπος για να κάνουμε ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός.

Πηγές

• thenextweb.com – There’s an algorithm to simulate our brains. Too bad no computer can run itB
• kurzweilai.net – New algorithm will allow for simulating neural connections of entire brain on future exascale supercomputers

Φωτογραφία: flickr.com – neilconway, Brains

Μοιραστείτε το άρθρο