تقنية

3 أجهزة كمبيوتر تحاكي الدماغ البشري

ما الفيلم الذي يجب رؤيته؟
 

المصدر: Thinkstock

لسنوات ، عمل الباحثون بجد على مفهوم يبدو وكأنه شيء من فيلم خيال علمي طموح: أجهزة كمبيوتر تحاكي وظائف وبنية الدماغ البشري. في حين أن أجهزة الكمبيوتر التي نستخدمها كل يوم قطعت شوطًا طويلاً في سرعتها وذاكرتها وقدرتها ، فإن أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بشكل أشبه بالدماغ البشري يمكنها إكمال مجموعة جديدة من المهام مثل تشغيل الروبوتات أو أجهزة الاستشعار أو الطائرات بدون طيار ، والتعامل مع المهام التحليلية المعقدة لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر القيام بها حاليًا.

تابع القراءة للتعرف على بعض أجهزة الكمبيوتر التي حاولت تقليد وظائف الدماغ البشري وكيف ألهم فهمنا المتزايد للدماغ البشري أنواعًا جديدة من الآلات التي يمكن أن تؤدي في النهاية إلى أجهزة كمبيوتر أكثر قدرة وكفاءة.

تقوم شركة DeepMind ببناء آلة تورينج عصبية تحاكي ذاكرة الدماغ العاملة

أنشأ DeepMind من Google شبكة عصبية يمكنها الوصول إلى ذاكرة خارجية ، مثل آلة تورينج. وفقًا لتقرير MIT's Technology Review ، يهدف الكمبيوتر إلى محاكاة بعض خصائص الدماغ ذاكرة عاملة قصيرة المدى . يعد الكمبيوتر نوعًا جديدًا من الشبكات العصبية ، تم تكييفه للعمل مع ذاكرة خارجية. يتعلم أثناء تخزين الذكريات ويمكنه استعادتها لاحقًا لإكمال المهام المنطقية - مهام تتجاوز تلك التي تم تدريبها على القيام بها.

اكتشف عالم نفس معرفي يدعى جورج ميلر في الخمسينيات من القرن الماضي أن ما يحدد الذاكرة قصيرة المدى لدماغ الإنسان ليس مقدار المعلومات التي يحتوي عليها. وبدلاً من ذلك ، ووفقًا لنظرية ميلر ، يمكن أن تحتوي الذاكرة العاملة على ما يقرب من سبع 'أجزاء' من المعلومات.

تراوحت 'الأجزاء' التي تناولها بحث ميلر من رقم واحد أو حرف إلى مجموعة صغيرة من الكلمات. يمكن أن يمثلوا أي شيء من كمية صغيرة جدًا من المعلومات إلى فكرة معقدة ، تعادل كمية أكبر بكثير من المعلومات ، مما يمنح الدماغ بشكل فعال اختصارًا لتذكر كميات كبيرة من المعلومات.

تشير Technology Review إلى أنه في العلوم المعرفية ، فإن القدرة على فهم مكونات الجملة وتخزينها في الذاكرة العاملة تسمى 'الربط المتغير'. تمكن هذه القدرة الدماغ من تلقي أجزاء من المعلومات وتخصيصها لمكان في الذاكرة العاملة. يقوم الدماغ بهذا بشكل متكرر.

في التسعينيات والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، بدأ علماء الكمبيوتر في محاولة تصميم الخوارزميات والدوائر والشبكات العصبية التي يمكن أن تحاكي الذاكرة العاملة في الدماغ البشري. سيكون الكمبيوتر الذي يتمتع بمثل هذه القدرة الشبيهة بالدماغ قادرًا على تحليل جملة بسيطة ، وتقسيمها إلى ممثل ، وفعل ، ومستقبل للعمل. تتولى الشبكة العصبية الجديدة لـ DeepMind هذه المهمة ولكنها تغير أيضًا الطبيعة الأساسية للشبكة العصبية.

تقليديا ، تم بناء شبكة عصبية من أنماط من 'الخلايا العصبية' المتصلة التي يمكن أن تغير قوة اتصالاتها على أساس المدخلات الخارجية. لكنهم يفتقرون إلى ذاكرة خارجية - وهي عنصر أساسي في عملية الحوسبة - يمكن قراءتها والكتابة إليها أثناء العملية الحسابية. لذا أضاف أليكس جريفز وجريج واين وإيفو دانييلكا في DeepMind ذاكرة خارجية إلى الشبكة العصبية ، والتي أطلقوا عليها فيما بعد اسم آلة تورينج العصبية.

كم يبلغ طول صديقة جون إيسنر

بينما تتعلم آلة تورينج العصبية من المدخلات الخارجية مثل الشبكة العصبية التقليدية ، فإنها تتعلم أيضًا تخزين المعلومات واستردادها. يمكنه تعلم خوارزميات بسيطة من بيانات المثال ، ثم استخدام تلك الخوارزميات للتعميم بعيدًا عن مجال التدريب. تمثل هذه القدرة خطوة مهمة نحو جعل أجهزة الكمبيوتر تشبه الدماغ البشري أكثر من أي وقت مضى.

قد تكون إحدى الخطوات التالية هي معالجة قدرة أخرى للدماغ: إعادة ترميز الأجزاء المتعددة من المعلومات التي تحدث عنها ميلر في جزء واحد ، في عملية تمكن الدماغ من فهم الحجج المعقدة. اعتبر ميلر أن هذه القدرة على إعادة الترميز هي مفتاح الذكاء الاصطناعي ، واعتقد أنه حتى يتمكن الكمبيوتر من إعادة إنتاجه ، فإنه لن يضاهي أبدًا أداء الدماغ البشري.

قام باحثو جامعة ستانفورد بتطوير دائرة Neurogrid ، مستوحاة من الدماغ البشري

في أبريل ، ذكرت الخدمة الإخبارية بجامعة ستانفورد أن مهندسي الأحياء طور دائرة جديدة على غرار الدماغ البشري. طور كوابينا بواهن وفريقه من الباحثين Neurogrid ، وهي لوحة دائرة كهربائية تتكون من 16 شريحة 'Neurocore' يمكنها محاكاة مليون خلية عصبية ومليارات من الوصلات المشبكية. يمكن لجهاز Neurogrid ، بحجم جهاز iPad تقريبًا ، محاكاة المزيد من 'عدد أكبر من الخلايا العصبية والمشابك العصبية' أكثر من أجهزة الكمبيوتر الأخرى التي تحاكي الدماغ ، وكل ذلك من خلال القوة التي يتطلبها تشغيل الكمبيوتر اللوحي.

يخطط Boahen لخفض تكاليف بناء Neurogrid ثم إنشاء برنامج من شأنه أن يمكّن المهندسين أو علماء الكمبيوتر الذين ليس لديهم معرفة بعلم الأعصاب من حل مشكلات مثل التحكم في روبوت بشري باستخدام Neurogrid.

يحتاج الباحثون في شكله الحالي إلى معرفة كيفية عمل الدماغ البشري لبرمجة النموذج الأولي الذي تبلغ قيمته 40 ألف دولار. كما يشير البيان الإخباري: 'سرعته وخصائص قوته المنخفضة تجعل Neurogrid مثاليًا لأكثر من مجرد نمذجة الدماغ البشري. يعمل Boahen مع علماء آخرين في جامعة ستانفورد لتطوير أطراف صناعية للأشخاص المصابين بالشلل والتي يمكن التحكم فيها بواسطة رقاقة تشبه Neurocore '.

لجعل نظامًا ميسور التكلفة بما يكفي لاستخدامه على نطاق واسع في البحث ، قام Boahen بتغيير عملية التصنيع لـ 16 Neurocores - التي تدعم كل منها 65536 خلية عصبية - والتي اعتمدت على تقنيات تصنيع عمرها 15 عامًا. من خلال التحول إلى عمليات تصنيع أكثر حداثة وتصنيع الرقائق بأحجام كبيرة ، يتوقع أنه يمكن أن يكلف Neurocore 100 ضعف وأن يبني نظريًا لوحة من مليون خلية عصبية مقابل 400 دولار فقط لكل نسخة.

ينتج مشروع SyNAPSE من IBM شريحة TrueNorth العصبية المشبكية

في مشروع SyNAPSE من شركة IBM - وهو اختصار لأنظمة الإلكترونيات القابلة للتكيف من البلاستيك العصبي المتكيف - أخذ الباحثون على عاتقهم مهمة إعادة تصميم رقائق الكمبيوتر لتكرار قدرة الخلايا العصبية على إجراء اتصالات متشابكة. كما ذكرت CNET في ذلك الوقت ، كشفت شركة IBM في أغسطس عن ما وصفته بأول شريحة كمبيوتر عصبية في العالم ، وهو معالج يحاكي الدماغ البشري القدرات وكفاءة الطاقة .

تضم شريحة TrueNorth ، بحجم طابع بريدي ، 5.4 مليار ترانزستور ، ومليون خلية عصبية قابلة للبرمجة ، و 256 مليون نقطة تشابك كهربائية قابلة للبرمجة. في حين أن هذه الأرقام أقل من 100 مليار خلية عصبية و 100 تريليون إلى 150 تريليون في الدماغ البشري ، فإن الشريحة تناسب قدرات تشبه الكمبيوتر العملاق في معالج دقيق أصغر بكثير وأكثر كفاءة.

أخبر المحقق الرئيسي لشركة IBM وكبير المديرين Dharmendra Modha CNET أن TrueNorth لديها ما يكفي من الخلايا العصبية والمشابك لتشغيل الأجهزة التي يمكن أن تصدر بشكل استباقي تنبيهات التسونامي ، أو المراقبة الكاملة للانسكاب النفطي ، أو فرض قواعد حارة الشحن ، كل ذلك أثناء العمل تقريبًا بنفس مقدار الطاقة المستخدمة بواسطة السمع.

كم كان عمر دان مارينو عندما تقاعد

ذكرت CNET أنه بدلاً من حل المشكلات من خلال الحسابات الرياضية ذات القوة الغاشمة ، تم تصميم شريحة TrueNorth لفهم بيئتها والتعامل مع الغموض واتخاذ الإجراءات في الوقت الفعلي. يمكن أن تشمل التطبيقات المحتملة تشغيل روبوتات البحث والإنقاذ ، ومساعدة الأشخاص الذين يعانون من ضعف البصر على التحرك بأمان ، أو التمييز بين الأصوات في الاجتماع وإنشاء نصوص دقيقة لكل متحدث.

في حين أن شريحة TrueNorth لا تزال في مرحلة النموذج الأولي ، فقد يستغرق الأمر عامين إلى ثلاثة أعوام فقط من أول استخدام تجاري لها. من الممكن أن تساعد شريحة TrueNorth أو ابتكار مثلها في التغلب على قيود بنية von Neumann ، التي شكلت جوهر كل كمبيوتر تقريبًا تم إنشاؤه منذ عام 1948.

على عكس آلة تورينج ، فإن الآلة التي تعتمد على بنية فون نيومان لديها ذاكرة وصول عشوائي (RAM) ، والتي تمكن كل عملية من قراءة أو كتابة أي موقع ذاكرة. كما أن لديها وحدة معالجة مركزية (CPU) ، مع واحد أو أكثر من السجلات التي تحتفظ بالبيانات قيد التشغيل. نظرًا لأن المعالج والذاكرة منفصلان وتتنقل البيانات بينهما باستمرار ، فإن التأخير لا مفر منه. بغض النظر عن مدى سرعة عمل المعالج ، فإن أداء الجهاز مقيد بمعدل النقل بين المعالج والذاكرة.

كما ذكرت صحيفة نيويورك تايمز عندما كشفت شركة IBM النقاب عن TrueNorth ، فإن فكرة أن الشبكات العصبية يمكن أن تكون أداة مفيدة لمعالجة المعلومات كانت موجودة منذ الأربعينيات ، قبل اختراع أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، ولكن مؤخرًا فقط - بفضل المكاسب في سعة الذاكرة والمعالجة السرعة - هل أصبحت الشبكات العصبية أدوات حوسبة قوية . استخدمت كل من Google و Microsoft و Apple ميزة التعرف على الأنماط التي تحركها الشبكات العصبية لتحسين الخدمات مثل التعرف على الصوت وتصنيف الصور.

مع TrueNorth ، تريد IBM دفع أجهزة الكمبيوتر إلى ما هو أبعد من المهام الرياضية النموذجية 'للدماغ الأيسر' لإكمال وظائف المعالجة الحسية 'الدماغ الأيمن' بقوة قليلة جدًا. سيمكن ذلك الشرائح المثبتة في السيارات أو الهواتف الذكية من إجراء العمليات الحسابية في الوقت الفعلي ، دون الاتصال بالإنترنت.

العديد من المشاريع الأخرى المستوحاة من الدماغ قيد التنفيذ حاليًا

توجد أيضًا مجموعة متنوعة من المشاريع الأخرى في مراحل مختلفة من السعي لمحاكاة وظائف الدماغ البشري باستخدام جهاز كمبيوتر. الاتحاد الأوروبي مشروع الدماغ البشري ، على سبيل المثال ، هو مشروع مدته 10 سنوات مع أهداف تشمل تطوير الحوسبة العصبية والأنظمة العصبية ، بالإضافة إلى محاكاة دماغ بشري على كمبيوتر عملاق. مشروع الدماغ الأمريكي - باختصار لـ Brain Research من خلال تطوير تقنيات عصبية مبتكرة - يتحدى العلماء لتطوير أنواع جديدة من الأدوات لقراءة نشاط آلاف أو حتى ملايين الخلايا العصبية في الدماغ ، والكتابة في أنماط معقدة من النشاط.

أفادت ZDNet أن الباحثين في جامعة RMIT بملبورن قد قاموا ببناء هيكل تخزين البيانات نانو التي تحاكي الدماغ البشري ، باستخدام غشاء من مادة أكسيد أرق بعشرة آلاف مرة من شعرة الإنسان. يعتمد سلوك الذاكرة على تجاربها السابقة ، ويهدف البحث إلى المساعدة في فتح الباب لاستكشاف مواد جديدة مع اقتراب ذاكرة الفلاش من حدود القياس.

كجزء من مشروع BrainScales بجامعة هايدلبرغ ، يعمل الباحثون على تطوير شرائح تناظرية تحاكي سلوك الخلايا العصبية والمشابك العصبية. ستعمل شريحة HICANN - وهي اختصار للشبكة العصبية التناظرية ذات عدد المدخلات العالية - على تسريع عمليات محاكاة الدماغ ، والتي ستمكن الباحثين من محاكاة التفاعلات الدوائية التي قد تستغرق شهورًا لتلعبها.

لأي فريق لعب كولتون

مثل ComputerWorld ذكرت في مايو ، ينفذ الباحثون في مختبرات سانديا الوطنية مشروعًا طويل الأجل لبناء أجهزة كمبيوتر مستوحاة من الأعصاب ، والتي من شأنها توحيد المعالجة والذاكرة في بنية واحدة ، بحيث تتم معالجة البيانات وتخزينها بواسطة نفس مكونات الجهاز. تقول سانديا إن الباحثين سيكونون قادرين على إنشاء تلك الهندسة المعمارية في السنوات القليلة المقبلة ، لكن من المحتمل أن التطبيقات التجارية لا تزال بعيدة.

ذكرت Gizmodo أن الباحثين في جامعة زيورخ و ETH Zurich قاموا ببناء 11011 قطبًا كهربائيًا على قطعة من السيليكون بحجم 2 مليمتر × 2 مليمتر ، مما أدى إلى إنشاء رقاقة تحاكي الدماغ البشري لإنشاء رقاقة دقيقة يمكنها 'الشعور' والتعقيد الكامل. المهام الحسية باستخدام القدرات المعرفية للشبكة.

في حين أن إنشاء جهاز كمبيوتر يمكن أن يتصرف مثل الدماغ البشري سيكون مهمة ضخمة ، فقد أظهر العلماء من مجموعة متنوعة من التخصصات والخلفيات أنهم على مستوى التحدي. إن نطاق وطموح المشاريع الجارية حاليًا واسع ، ومن المرجح أن يستمر الجهد العالمي لبناء أجهزة كمبيوتر تحاكي الدماغ البشري في إنتاج اختراعات ورؤى رائعة في الهياكل والمواد الجديدة لجعل أجهزة الكمبيوتر أكثر قوة وقدرة.

المزيد من Tech Cheat Sheet:

  • ما هو الكمبيوتر الكمي ، ولماذا يُعد Google Building One؟
  • هل يمكن لجهاز Chromebook استبدال جهاز الكمبيوتر الخاص بك؟
  • 10 تقنيات خيالية تم تصويرها في الأفلام التي نتمنى أن تكون حقيقية