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 información de los sentidos, entregando resultados muy similares a los de una simulación de software de supercomputadora equivalente", dice el Dr. Sacha van Albada, autor principal de Este estudio y líder del grupo de Neuroanatomía Teórica en el Centro de Investigación de Jülich, Alemania. "La capacidad de ejecutar redes neuronales detalladas a gran escala rápidamente y con un bajo consumo de energía avanzará la investigación de 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 de supercomputadora ha ayudado al simular el intercambio de señales entre las neuronas, pero incluso el mejor software que se ejecuta en las supercomputadoras más rápidas 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 redes de cerebro completo de manera eficiente. El Proyecto Europeo del Cerebro Humano y el Centro de Investigación de Jülich han realizado una amplia investigación para identificar la mejor estrategia para este problema tan 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 tardan horas y días en tiempo real, están actualmente fuera del alcance ". explica el profesor Markus Diesmann, coautor, jefe del departamento de Neurociencia en Sistemas y Computación del Centro de Investigación de Jülich.

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

Desarrollado en 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 personalizada 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 especializado en supercomputadoras actualmente en uso para la investigación de la señalización de 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 pequeños procesadores en total. La simulación descrita en este estudio utilizó solo seis tableros, el 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 aspiraciones futuras para SpiNNaker: “Esperamos simulaciones en tiempo real cada vez más grandes con estos sistemas informáticos neuromórficos. En Human Brain Project, ya trabajamos con neuroroboticistas que esperan usarlos para el control robótico ".