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Costruire un cervello su un chip di silicio
Un team internazionale di scienziati in Europa ha creato un chip di silicio progettato per funzionare come un cervello umano. Con 200.000 neuroni collegati da 50 milioni di connessioni sinaptiche, il chip è in grado di imitare la capacità del cervello di apprendere più da vicino di qualsiasi altra macchina.
Un chip intelligente: Scienziati in Europa stanno utilizzando tecniche di produzione di chip convenzionali per creare circuiti che imitano la struttura e la funzione del cervello umano. Questo primo prototipo ha solo 384 neuroni e 100.000 sinapsi, ma l'ultima versione contiene 200.000 neuroni e 50 milioni di sinapsi.
Sebbene il chip abbia una frazione del numero di neuroni o connessioni presenti in un cervello, il suo design gli consente di essere ridimensionato, afferma Karlheinz Meier , un fisico dell'Università di Heidelberg, in Germania, che ha coordinato il progetto Fast Analog Computing with Emergent Transient States, o SFACCETTATURE .
La speranza è che ricreare la struttura del cervello sotto forma di computer possa aiutare ad approfondire la nostra comprensione di come sviluppare nuovi computer potenti e paralleli, afferma Meier.
Questa non è la prima volta che qualcuno ha provato a ricreare il funzionamento del cervello. Uno sforzo chiamato Cervello Blu progetto, gestito da Henry Markram presso l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, in Svizzera, ha utilizzato vasti database di dati biologici registrati dai neurologi per creare una simulazione estremamente complessa e realistica del cervello su un supercomputer IBM.
FACETS ha attinto agli stessi database. Ma invece di simulare i neuroni, dice Karlheinz, li stiamo costruendo. Utilizzando un wafer di silicio standard da otto pollici, i ricercatori ricreano i neuroni e le sinapsi come circuiti di transistor e condensatori, progettati per produrre lo stesso tipo di attività elettrica delle loro controparti biologiche.
Un circuito neuronale consiste tipicamente di circa 100 componenti, mentre una sinapsi ne richiede solo circa 20. Tuttavia, poiché ce ne sono molti di più, le sinapsi occupano la maggior parte dello spazio sul wafer, afferma Karlheinz.
Il vantaggio di questo approccio cablato, rispetto a una simulazione, continua Karlheinz, è che consente ai ricercatori di ricreare la struttura simile al cervello in un modo veramente parallelo. L'esecuzione delle simulazioni in tempo reale richiede enormi quantità di potenza di calcolo. Inoltre, i modelli fisici sono in grado di funzionare molto più velocemente e sono più scalabili. In effetti, l'attuale prototipo può funzionare circa 100.000 volte più velocemente di un vero cervello umano. Possiamo simulare un giorno in un secondo, afferma Karlheinz.
Anche se può sembrare poco plausibile, i neuroni sono in realtà molto lenti, almeno rispetto ai computer, afferma Tommaso Serre , un ricercatore di neuroscienze computazionali al MIT. Il motivo per cui i computer sembrano molto più lenti è che sono macchine seriali, mentre i nostri cervelli funzionano in parallelo, dice.
FACETS non è l'unico gruppo ad adottare questo approccio. Ricercatori presso Università di Stanford hanno anche creato circuiti neuronali e il Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa ha recentemente iniziato a finanziare un progetto simile.
Dove FACETS è davanti a chiunque altro è che usano queste complesse sinapsi, dice Markram. Sebbene i neuroni siano abbastanza semplici, dice, le sinapsi sono progettate per utilizzare un algoritmo distribuito molto potente, sviluppato da Markram, chiamato plasticità dipendente dal temporizzazione degli impulsi, che consente al dispositivo di apprendere e adattarsi a nuove situazioni.
La costruzione di circuiti così complessi ha richiesto una stretta collaborazione con i neurobiologi, afferma Markram. Il progetto, infatti, il cui budget attuale è di 10,5 milioni di euro (14,1 milioni di dollari), si avvale del contributo di 15 gruppi scientifici di sette diversi paesi. Tra le sfide che devono affrontare c'è la ricreazione della struttura tridimensionale del cervello in un pezzo di silicio 2-D, dice.
Nonostante gli sforzi per rendere i chip il più biologicamente plausibili possibile, Markram ammette che sono ancora grezzi rispetto a ciò che può essere ottenuto nella simulazione. Non è un cervello. È più un processore per computer che ha parte del calcolo parallelo accelerato che ha il cervello, dice.
Per questo motivo, Markram dubita che l'approccio hardware possa offrire molte informazioni su come funziona il cervello. Ad esempio, a differenza di Blue Brain, i ricercatori non saranno in grado di eseguire test antidroga in silico, simulando gli effetti dei farmaci sul cervello. È più una piattaforma per l'intelligenza artificiale che per la comprensione della biologia, dice.
Il gruppo FACETS ora prevede di ampliare ulteriormente i propri chip, collegando un numero di wafer per creare un superchip con un totale di un miliardo di neuroni e 1013 sinapsi.