Nie je tajomstvom, že žiaden počítač na svete sa svojim výkonom a zložitosťou nedokáže vyrovnať ľudskému mozgu. Tieto hrudky tkanív usadené v našich lebkách dokážu spracovať informácie v takých množstvách a rýchlostiach, akých sa výpočtová technika sotva dotkne.

Ako ďalej píše portál ScienceAlert, kľúčom úspechu mozgu je efektívnosť neurónov, ktoré slúžia ako procesor aj pamäťové zariadenie. Hoci do dnešných dní sa vyskytlo množstvo pokusov o vytvorenie zariadenia, ktoré by sa podobalo mozgu, nová štúdia publikovaná v žurnále Nature Electronics posúva toto snaženie do úplne iných rozmerov.

Tím vedený inžinierom Feng Guom totiž zostrojil funkčný počítač s ľudským mozgovým tkanivom. Hoci výsledný počítač bol pri úlohách ako rozpoznávanie reči, či riešenie nelineárnych rovníc menej presný ako konvenčný počítač bežiaci na umelej inteligencii, výskum predstavuje prvý krok v oblasti vývoja úplne novej počítačovej architektúry.

Neuromorfné systémy

Vedci z celého sveta dlhodobo pracujú na vytvorení zariadenia, ktoré napodobňuje fungovanie ľudského mozgu, pričom tento odbor je známy ako neuromorfná výpočtová technika. Neuromorfné systémy sú mnohými označované za budúcnosť výpočtovej techniky. Sú totiž oveľa rýchlejšie a energeticky úspornejšie než tradičné počítače.

Cai et al., Nat. Electron., 2023

Aktuálne stojí neuromorfná výpočtová technika na križovatke medzi technologickou a biologickou evolúciou. Neuromorfné architektúry totiž majú za cieľ napodobniť fungovanie neurónov a synapsií nášho mozgu, čo by malo viesť k skokovej zmene v oblasti výpočtovej kapacity a energetickej účinnosti.

Počítače založené na von Neumannovej architektúre, ako napríklad najvýkonnejší superpočítač Fugaku, nemajú vďaka fyzickej vzdialenosti, ktorá oddeľuje výpočtové prvky od úložiska, práve optimálnu energetickú účinnosť. Keďže každý neurón dokáže spracovávať aj ukladať údaje, ľudský mozog je oveľa efektívnejší ako tradičný počítač.

Práve preto sa mnohí vývojári neuromorfných počítačových systémov snažia túto jedinečnú štruktúru napodobniť.

Krok k novej počítačovej architektúre

Krok vpred k tomuto cieľu teraz urobil tím vedcov v novej štúdii, keď sa im podarilo skombinovať skutočné ľudské mozgové tkanivo s elektronikou tak, aby fungovala ako ľudský mozog.

Nová technológia s názvom Brainoware využíva drobnú štruktúru podobnú mozgu nazývanú mozgový organoid, čo nie je nič iné, ako minimozog vypestovaný z ľudských kmeňových buniek, píše portál InterestingEngineering.

Vzhľadom na to, že tieto organoidy v skutočnosti nemyslia, necítia a nemajú vedomie, nejde o mozgy v pravom zmysle slova. Ide o skupiny tkanív, ktoré pomáhajú výskumníkom študovať vývoj mozgu bez toho, aby museli študovať skutočných ľudí.

Cai et al., Nat. Electron., 2023

Brainoware pozostáva z mozgových organoidov spojených s radom mikroelektród pomocou typu umelej neurónovej siete známej ako „rezervoár“ (reservoir computing – metóda využívajúca dynamické systémy, nazývané rezervoáre, na spracovanie informácií. Táto metóda sa používa najmä pri riešení úloh v oblasti predikcie a klasifikácie časových radov).

Na prenos informácií do mozgových organoidov pritom vedci využívajú elektrickú stimuláciu – elektrická stimulácia slúži ako prostriedok prenosu informácií do systému, kde sú tieto informácie ďalej spracovávané.

Na demonštráciu celého systému vedci poskytli zariadeniu Brainoware 240 rôznych zvukových nahrávok, na ktorých sa nachádzali japonské samohlásky. Nahrávky boli vytvorené 8 rôznymi mužmi, pričom úlohou Brainoware bolo identifikovať hlas jedného konkrétneho muža.

Vo výsledku sa ukázalo, že už po dvoch dňoch tréningu dokáže Brainoware identifikovať rečníka s presnosťou až 78 %. Okrem toho, Brainoware predpovedal Hénonovu mapu, teda matematický model popisujúci chaotické dynamické systémy. Ukázalo sa, že zariadenie je schopné predpovedať mapu s lepšou presnosťou ako umelá neurónová sieť bez jednotky dlhej krátkodobej pamäte (Long Short-Term Memory – systém hlbokého učenia).

Stále však existujú významné obmedzenia, vrátane otázky udržiavania živých a zdravých organoidov a úrovne spotreby energie periférnych zariadení.

Čítajte viac z kategórie: Novinky