Breakthrough in construction of computers for mimicking human brain

Avance en la construcción de computadoras para imitar el cerebro humano

"SpiNNaker puede admitir modelos biológicos detallados de la corteza, la capa externa del cerebro que recibe y procesa la información de los sentidos, y ofrece resultados muy similares a los de una simulación de software de supercomputador equivalente", dice el Dr. Sacha van Albada, autor principal de este estudio y líder del grupo de neuroanatomía teórica en el Centro de Investigación Jülich, Alemania. "La capacidad de ejecutar redes neuronales detalladas a gran escala rápidamente y con un bajo consumo de energía avanzará en la investigación robótica y facilitará los estudios sobre el aprendizaje y los trastornos cerebrales".

El cerebro humano es extremadamente complejo y comprende 100 mil millones de células cerebrales interconectadas. Entendemos cómo las neuronas individuales y sus componentes se comportan y se comunican entre sí y en mayor escala, qué áreas del cerebro se utilizan para la percepción sensorial, la acción y la cognición. Sin embargo, sabemos menos acerca de la traducción de la actividad neuronal en el comportamiento, como convertir el pensamiento en movimiento muscular.

El software del supercomputador ha ayudado simulando el intercambio de señales entre las neuronas, pero incluso el mejor software ejecutado en los supercomputadores más rápidos hasta la fecha solo puede simular el 1% del cerebro humano.

“Actualmente no está claro qué arquitectura de computadora es la más adecuada para estudiar eficientemente las redes de todo el cerebro. El Proyecto Europeo del Cerebro Humano y el Centro de Investigación Jülich han realizado una extensa investigación para identificar la mejor estrategia para este problema altamente complejo. Las supercomputadoras de hoy requieren varios minutos para simular un segundo de tiempo real, por lo que los estudios sobre procesos como el aprendizaje, que llevan horas y días en tiempo real, están actualmente fuera de nuestro alcance ", explica el profesor Markus Diesmann, coautor, jefe de Computational and Systems Departamento de neurociencias del Centro de Investigación Jülich.

Él continúa, "Hay una gran brecha entre el consumo de energía del cerebro y las supercomputadoras de hoy. "La computación neuromórfica (inspirada en el cerebro) nos permite investigar qué tan cerca podemos llegar a la eficiencia energética del cerebro usando la electrónica".

Desarrollado durante los últimos 15 años y basado en la estructura y función del cerebro humano, SpiNNaker, parte de la Plataforma de computación neuromórfica del Proyecto Cerebro Humano, es una computadora hecha a la medida compuesta por medio millón de elementos informáticos simples controlados por su Software propio. Los investigadores compararon la precisión, la velocidad y la eficiencia energética de SpiNNaker con la de NEST, un software de supercomputadora especializado actualmente en uso para la investigación de la señalización de las neuronas cerebrales.

"Las simulaciones realizadas en NEST y SpiNNaker mostraron resultados muy similares", informa Steve Furber, coautor y profesor de Ingeniería Informática en la Universidad de Manchester, Reino Unido. “Esta es la primera vez que se ejecuta una simulación tan detallada de la corteza en SpiNNaker o en cualquier plataforma neuromórfica. SpiNNaker comprende 600 placas de circuito que incorporan más de 500,000 procesadores pequeños en total. La simulación descrita en este estudio utilizó solo seis tableros: 1% de la capacidad total de la máquina. Los resultados de nuestra investigación mejorarán el software para reducir esto a una sola placa ".

Van Albada comparte sus futuras aspiraciones para SpiNNaker, “Esperamos simulaciones en tiempo real cada vez más grandes con estos sistemas de computación neuromórficos. En el Proyecto Cerebro Humano, ya trabajamos con neurorobóticos que esperan usarlos para el control robótico ".