Человеческий мозг уникален. Чем глубже исследователи проникают в его тайны и алгоритмы работы, тем больше поражаются идеальной его организации. Что позволяет ему решать многие задачи эффективнее, чем компьютерам?
Если самым мощным машинам требуется огромное количество энергии на решение определенной задачи, то человеческий мозг обходится малым. Ученые подсчитали, что мозг потребляет не более 20 Вт энергии для поддержания всех необходимых функций. В то же время одному из самых совершенных суперкомпьютеров потребовалось порядка 40 минут времени, чтобы создать приблизительную модель процессов, происходящих в мозгу при 1% его активности в течение одной секунды. Энергии при этом было потреблено порядка 9,89 мегаватт (!), что соответствует потреблению электроэнергии десятью тысячами среднестатистических домов. Это красноречиво свидетельствует в пользу мозга, как одной из самых энергоэффективных систем.
Эта загадка и не дает покоя группе ученых из Калифорнийского университета, которая всерьез собралась создать аналог человеческого мозга. Руководят исследованиями такие видные фигуры научного мира, как Адам Стиг и Джим Гимжевски. Они напряженно работают над устройством, которое будет работать по образу и подобию мозга.
Нестандартный подход помог в решении проблемы
Все ранее предпринимавшиеся попытки сделать что-то подобное были обречены на неудачу. Все они использовали по сути одно и то же – различные вариации микросхем, являющихся частями тщательно упорядоченных структур.
Наши герои решили поступить по-другому и использовали для своих смелых экспериментов сплетение (сетку) серебряных нанопроводов общими размерами всего два на два миллиметра. При этом они соединены друг с другом искусственными синапсами. Вся структура не имеет четкой схемы и ее работа построена на совершенно случайных электрических и химических процессах.
Описать какой-либо формулой, или алгоритмом порядок функционирования такой сетки не представляется возможным. Она сложна и по степени своей сложности напоминает мозг. Решающим признаком является и то, что сетка из серебряных нанонитей обладает «критичностью», свойством, когда сама система способна находить «золотую середину» для поддержания максимальной эффективности между образцовым порядком и пучиной хаоса.
Искусственные синапсы стали ключом
В человеческом мозгу есть переключатели, называемые синапсами. Они являются промежуточным звеном между нервными клетками и от логики их работы зависит в конечном счете вся работа человеческого мозга.
В каждом великом открытии есть присутствие случая. Так случилось, что руководители проекта ранее были заняты исследовательскими работами по созданию искусственных синапсов для других нужд. За это время им удалось понять очень и очень многое. В нужный момент все их знания и опыт стали основой для создания нейронных переключателей, которые они и применили в своем проекте.
Но самое интересное и значимое было впереди. В своей лаборатории единомышленники начали ставить эксперименты. Они заключались в наблюдении за поведением нейронной сети при подаче на ее вход напряжения. Для оценки использовались замеры на выходе. Спустя некоторое время исследователи обнаружили, что при неизменном напряжении на входе в систему, напряжение на ее выходах стало меняться.
Характер нестабильности выходного напряжения давал основания полагать, что созданная ими нейронная сетка ведет себя аналогично коре головного мозга и еще раз доказал наличие той самой «критичности», которая свойственна мозгу. Дальнейшие эксперименты наглядно доказали, что созданная сеть может обучаться и совершать вычисления, хотя и не таким способом, как это делают современные ЭВМ.
Отличия разительны. Во-первых, для работы не требуется наличие какого-либо программного обеспечения. Во-вторых, сигнал, пропускаемый сквозь сеть, искажается. При этом характер искажения может быть отличным в зависимости от того, на каких выводах его снять. Теоретически можно предположить, что при стимуляции, например, двух строго определенных зон можно добиться на определенных выводах получение суммы, или разности вводных сигналов. Дальнейшая задача исследователей будет заключаться в том, чтобы систематизировать эти данные и правильно детектировать сигналы на многочисленных выводах сети.
Перспективы открытия
Но открытие ради самого открытия ровно ничего не стоит. Каждое по-настоящему великое открытие должно найти свою реализацию. Сейчас возможности данной сетки минимальны и не могут быть сравнены с возможностями современных компьютеров. В ближайшие годы проект будет развиваться, но получение рабочего чипа для практического применения возможно только через многие годы.
В то же время эксперты и разработчики отмечают огромный потенциал, стоящий за этим открытием. Небольшим примером, подтверждающим это, может стать тот факт, что после пропускания через эту сеть информации за три года о дорожном движении в таком городе, как Лос-Анджелес, система достаточно точно представила прогноз на следующие три года.
