„Víme, že mozek má neskutečné výpočetní možnosti,“ řekl Karlheinz Meier, fyzik z univerzity v Heidelbergu. „Určitě se z biologie musíme hodně učit. Věřím, že systém, který vyvineme, bude částí nové revoluce v informačních technologiích.“
Je to silné tvrzení, ale Meier koordinuje projekt FACETS podporovaný Evropskou unií, ktorý spojuje vědce z 15 institucí v sedmi zemích. Inspirovaní výzkumem v neurologii vytvářejí "nervový" počítač, který bude fungovať přesně jako mozek, ale bude mít menší rozměry.
Lidský mozek často přirovnáváme k počítači, od běžných počítačů sa však liší ve třech důležitých věcech: Spotřebuje velmi málo energie, funguje dobře i když jednotlivé součástky selhávají a zdá se, že pracuje bez jakéhokoliv softvéru.
Jak je to možné? Ještě to nikdo neví, ale tým projektu FACETS dokončuje rozsáhlý výzkum mozkových buněk – neuronů – který by měl zjistit, jak přesně fungují, jak jsou propojené a jak se síť může učit nové věci.
Mapování mozkových buněk
„Jsme v situaci, v jaké byla molekulární biologie před několika roky, když začali lidé studovat vlastní genom,“ řekl Meier. „Naši kolegové zaznamenávají údaje z nervových tkání, popisují neurony, synapse a jejich propojení. Dělá se to téměř průmyslovým stylem, údaje získáváme ze skutečně velkého množství nervových buněk a dáváme je do databází.“
Jiná skupina vědců v rámci projektu zatím vyvíjí zjednodušené matematické modely, které budou přesně popisovat složité chování. I když je možné neurony detailně modelovat, jejich hardvérová a softvérová implementace by byla příliš složitá.
Cílem je použití modelů na vytvoření "neuronového počítače", emulujícího mozek. Prvním pokusem je síť 300 neuronů a půl milionu synapsí na jednom čipu. Tým použil na reprezentaci neuronů analogovou elektroniku a na reprezentaci komunikace digitální elektroniku. Je to jedinečná kombinace.
Protože jsou neurony malé, systém funguje 100 000-krát rychleji než jeho biologický ekvivalent a 10-milionkrát rychleji než počítačová simulace. "Můžeme za jednu sekundu simulovat den,“ řekl Meier.
Síť už používají díky internetu výzkumníci projektu FACETS při svých výzkumech, aniž by museli cestovat do Heidelbergu.
Nový typ počítače
Tuto první síť však vytvořili dřív, než byly známé výsledky modelování. Vědci nyní pracují na druhém stupni, síti 200 000 neuronů a 50 milionů synapsí, která bude zahrnovat všechny dosavadní objevy neurologie. Tým odborníků ji vytváří na křemíkovém disku s průměrem 20 cm, který se běžně používá při výrobě menších čipů.
Dosud se tak velké integrované obvody moc nepoužívaly, protože při této velikosti je riziko výrobních vad. "Naše čipy nebudou bezchybné, ale chyby ovplivní jen jednu synapsi nebo spojení v síti," řekl Meier. "Můžeme s tím snadno žít. Využíváme odolnosti proti chybáma a proto používáme celý disk ako neuronovou síť."
K čemu by byl dobrý neuronový počítač? Meier připomíná, že digitální počítače jsou vytvořené na principu odlišném od fungování součástí mozku. Potřebujeme proto novou teorii zpracování údajů. Další skupina projektu FACETS se už tomu věnuje. "Když pochopíte základní principy, můžete doufat, že vytvoříte i potřebný hardvér, protože biologie nemusela nutně najít nejlepší řešení."
Mimo mozek?
Neuronové počítače mohou být vzdálené jen pět roků. "Prvním krokem může být malý přídavek k vašemu domácímu počítači, který dokáže zpracovat velmi složité vstupní údaje a udělat jednoduché rozhodnutí," řekl Meier. "Typickým příkladem může být internetové vyhledávání."
Z dlouhodobějšího hlediska vidí využití neuronových počítačů všude tam, kde je potřebné dělat komplikovaná a náročná rozhodnutí. Firmy by je například mohly použít na zkoumání důsledků kritických obchodních rozhodnutí ještě před jejich uskutečněním. V dnešní krizi by takovéh pomocníka chtěl mít každý podnikatel.
Projekt FACETS, který podporuje šestý rámcový program Europské unie, měl skončit v srpnu 2009, partneři se však dohodli na spolupráci i v dalším roce. Věří, že získají nové prostředky na podporu svého výzkumu.
Mezi tím tým získal finanční prostředky z EU iniciativy Marie Curie na založení čtyřletého doktorandského studia interdisciplinárních znalostí potřebných pro výzkum v této oblasti.
Kam to všechno směřuje? Meier říká, že neuronové zpracování se svými nízkymi energetickými nároky a tolerancí chyb umožní zmenšit součástky do rozměrů molekul. „Budeme moci vytvořit počítače výrazně odlišné od současných, které v některých směrech dosáhnou či dokonce překonají výkon lidského mozku!“