الخوارزمية الجديدة جلبت لنا محاكاة كاملة من الدماغ

الفيزيائي الشهير ريتشارد فاينمان قال ذات مرة: "ما أنا لا يمكن إنشاء, أنا لا أفهم. تعلم كيفية حل كل المشكلة التي تم حلها بالفعل". نطاق الأعصاب التي تكتسب زخما على نحو متزايد ، أخذت فاينمان الكلمات إلى القلب. بالنسبة علماء الأعصاب المنظرين المفتاح لفهم كيف الاستخبارات سوف يكون الترفيه داخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك. الخلايا العصبية على الخلايا العصبية ، فهي تحاول استعادة العمليات العصبية التي تؤدي إلى الأفكار والذكريات أو مشاعر. بعد أن الدماغ الرقمي العلماء قادرة على اختبار الحالية لدينا نظرية المعرفة أو استكشاف المعالم التي تؤدي إلى اضطراب في وظيفة الدماغ. كما اقترح الفيلسوف نيك بوستروم من جامعة أكسفورد ، تقليد الوعي البشري هي واحدة من أكثر واعدة (شاقة) طريقة لإعادة — متجاوزا — براعة الإنسان.

هناك مشكلة واحدة فقط: أجهزة الكمبيوتر لدينا لا يمكن التعامل مع موازية طبيعة عقولنا. في polutorachasovom الجسم الملتوية أكثر من 100 مليار من الخلايا العصبية تريليونات من نقاط الاشتباك العصبي.

حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم هي وراء هذه المقاييس ، مثل K الكمبيوتر المتقدمة معهد العلوم الحاسوبية في كوبي ، اليابان ، يمكن معالجة أي أكثر من 10% من الخلايا العصبية و نقاط الاشتباك العصبي في القشرة.

جزء من الركود المرتبطة مع البرنامج. يصبح أسرع أجهزة الكمبيوتر ، أكثر الخوارزميات تصبح أساسا محاكاة كاملة من الدماغ.

هذا الشهر مجموعة دولية من العلماء منقحة تماما بنية شعبية خوارزمية المحاكاة من خلال تطوير تقنية قوية أن يقلل بشكل جذري حساب الوقت واستخدام الذاكرة. الخوارزمية الجديدة متوافق مع أنواع مختلفة من المعدات الحاسوبية ، من أجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة. عندما مستقبل الحواسيب الفائقة يأتي على الساحة و هم 10-100 مرة أكثر قوة من الحالي — خوارزمية تطبيقها على الفور على هذه الوحوش.

"بفضل التكنولوجيا الجديدة يمكننا استخدام متزايد التوازي في المعالجات الحديثة هي أفضل بكثير من ذي قبل" ، ويقول مؤلف الدراسة يعقوب الأردن ، مركز البحوث جوليا في ألمانيا. وقد نشر هذا العمل في الحدود في Neuroinformatics.

"هذا هو خطوة حاسمة نحو إنشاء التكنولوجيا لتحقيق محاكاة الشبكات في جميع أنحاء الدماغ ،" كتابة الكتاب.

مشكلة النطاق

الحديث أجهزة الكمبيوتر العملاقة تتكون من مئات الآلاف من النطاقات الفرعية العقد. كل عقدة تحتوي على عدة مراكز المعالجة التي يمكن أن تدعم حفنة من الظاهرية الخلايا العصبية و الاتصالات الخاصة بهم.

المشكلة الرئيسية في محاكاة الدماغ هو كيفية فعالية تمثل الملايين من الخلايا العصبية صلاتهم في هذه المراكز إلى توفير في الوقت و الطاقة.

واحدة من الأكثر شعبية محاكاة الخوارزميات — الذاكرة-استخدام نموذج. قبل العلماء محاكاة التغيرات في الشبكة العصبية ، يجب أولا إنشاء كل من هذه الخلايا العصبية صلاتهم في الدماغ الظاهري باستخدام خوارزمية. ولكن هنا هو الصيد: لكل زوج من الخلايا العصبية ، نموذج يخزن جميع المعلومات عن الاتصالات في كل عقدة ، التي هي في الخلايا العصبية المستقبلة — العصبون بعد المشبكي. وبعبارة أخرى ، فإن العصبون قبل المشبكي الذي يرسل نبضات كهربائية ، وهم يهتفون في الفراغ ؛ خوارزمية يجب تحديد مكان معين الرسالة ، يبحث فقط في الخلايا العصبية المستقبلة و البيانات المخزنة في عقدة.

قد يبدو غريبا ، ولكن هذا النموذج يسمح كل العقد لبناء جزء من العمل في الشبكات العصبية في نفس الوقت. هذا يقلل بشكل كبير من وقت التحميل ، وهو ما يفسر جزئيا شعبية هذه الخوارزمية.

ولكن كما كنت قد خمنت ، هناك مشاكل خطيرة مع زيادة. المرسل عقدة يرسل رسالة إلى كل مجموعة من العقد العصبية. هذا يعني أن كل تلقي عقدة يجب فرز كل رسالة في الشبكة — حتى تلك التي تهدف إلى الخلايا العصبية الموجودة في العقد الأخرى.

هذا يعني أن جزءا كبيرا من الرسالة هو التخلص منها في كل عقدة ، على وجه التحديد لأنه لا يوجد الخلايا العصبية التي يتم التصدي لها. تخيل أن مكتب البريد يرسل جميع العاملين في البلاد إلى تحمل رسالة تريدها. مجنون غير فعالة ، ولكنه يعمل مبدأ نموذج من استخدام الذاكرة.

المشكلة تصبح أكثر خطورة مع نمو حجم محاكاة الشبكات العصبية. كل عقدة يحتاج إلى تخصيص مساحة تخزين الذاكرة "دفتر العناوين" الذي يسرد كافة العصبية سكان وعلاقاتهم. في نطاق المليارات من الخلايا العصبية "دفتر العناوين" يصبح ضخمة مستنقع من الذاكرة.

الحجم أو المصدر

العلماء قد حللت المشكلة عن طريق إضافة في الخوارزمية المؤشر.

هنا كيف يعمل. تلقي العقد تحتوي على قطعتين من المعلومات. الأول هو قاعدة البيانات الذي يقوم بتخزين معلومات حول كافة الخلايا العصبية-المرسلين الاتصال العقد. منذ أن نقاط الاشتباك العصبي هي من عدة أحجام و أنواع ، والتي تختلف في استخدام الذاكرة ، قاعدة البيانات أيضا أنواع المعلومات الخاصة بك اعتمادا على أنواع من نقاط الاشتباك العصبي يتكون من الخلايا العصبية في عقدة.

هذا الإعداد هو بالفعل اختلافا كبيرا عن النماذج السابقة التي جمعيات فرز من واردة مصدر الخلايا العصبية, و نوع المشبك. بسبب هذه العقدة سوف لم يعد لديك إلى دعم "دفتر العناوين".

"حجم البيانات هيكل وبالتالي يتوقف تعتمد على عدد من الخلايا العصبية في شبكة" شرح الكتاب.

الثانية كتلة مخازن البيانات الفعلية اتصالات بين تلقيعقدة المرسل. مثل الوحدة الأولى ، تنظيم البيانات حسب نوع المشبك. في كل نوع من المشبك يتم فصلها من مصدر البيانات (إرسال الخلايا العصبية).

وهكذا, هذه الخوارزمية الخاصة سابقتها: بدلا من تخزين جميع معلومات الاتصال في كل عقدة ، تلقي العقد مخزن فقط تلك البيانات التي تتوافق مع الظاهري الخلايا العصبية في نفوسهم.

الباحثون أيضا أعطى كل من الإرسال العصبية إلى الهدف دفتر العناوين. أثناء نقل البيانات يتم تقسيم إلى أجزاء كل جزء يحتوي على رمز, الرمز البريدي, ويرسله إلى المناسبة تلقي العقد.

سريع و ذكي

تعديل العمل.

في المحاكمات ، خوارزمية جديدة أظهرت أنفسهم أفضل بكثير من سابقاتها من حيث قابلية وسرعة. على العملاق JUQUEEN في ألمانيا ، خوارزمية عمل بنسبة 55% أسرع من النماذج السابقة على عشوائية الشبكة العصبية ، معظمها بفضل مباشرة مخطط نقل البيانات.

الشبكة حجم نصف مليار من الخلايا العصبية ، على سبيل المثال ، محاكاة ثانية واحدة من الأحداث البيولوجية استغرق حوالي خمس دقائق من وقت العمل على JUQUEEN خوارزمية جديدة. نموذج أسلافه استغرق ست مرات أكثر.

كما هو متوقع ، عدة قابلية أظهرت الاختبارات أن الخوارزمية الجديدة هي أكثر كفاءة في إدارة الشبكات الكبيرة ، كما أنه يقلل من الوقت لتجهيز عشرات الآلاف من نقل البيانات ثلاث مرات.

"إن التركيز الآن هو على تسريع المحاكاة في وجود أشكال مختلفة من شبكة اللدونة", — وخلص البلاغ. مع هذا في الاعتبار, أخيرا, الرقمية الدماغ البشري قد تكون في متناول اليد.