Un estudio publicado en la revista de acceso abierto Frontiers in Neuroscience encontró que una computadora basada en la simulación de redes neuronales en el cerebro mostró resultados similares a los obtenidos al ejecutar supercomputadoras con el mejor software de emulación cerebral utilizado en la investigación de señales neuronales. Cuando se prueba la precisión, la velocidad y el consumo de energía, esta computadora única, la SpiNNaker, tiene el potencial de superar a las supercomputadoras convencionales en términos de velocidad y eficiencia energética. El objetivo es ampliar el conocimiento del funcionamiento de las neuronas en el cerebro, aplicado al aprendizaje y trastornos como la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer.
SpiNNaker es capaz de proporcionar modelos biológicos detallados de la corteza (la capa externa del cerebro que recibe y procesa la información de los sentidos), produciendo resultados muy cercanos a los que se obtienen al ejecutar programas de emulación en una supercomputadora”, dice la Dra. Sacha van Albada, autora principal Líder de Investigación y Equipo de Neuroanatomía Teórica en el Centro de Investigación Julich en Alemania. "La capacidad de ejecutar redes neuronales detalladas a gran escala de forma rápida y con bajo gasto energético contribuirá a la investigación de la robótica, así como al estudio de los trastornos cerebrales".
El cerebro humano es muy complejo y contiene cien mil millones de células interconectadas. Sabemos cómo funcionan las neuronas individuales y sus componentes, cómo interactúan entre sí, qué áreas del cerebro se utilizan para la percepción sensorial, la acción y la cognición. Pero sabemos menos sobre la transformación de la actividad neuronal en comportamiento, como por ejemplo, cómo el pensamiento se transforma en movimiento muscular.
El software de supercomputadora ha ayudado a emular la señalización entre neuronas, pero incluso los mejores programas de las computadoras más rápidas de hoy solo pueden emular el 1 por ciento del cerebro humano.
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“Aún no está claro qué arquitectura de computadora es la más adecuada para ejecutar de manera eficiente un emulador de cerebro completo. El Proyecto Europeo del Cerebro Humano y el Centro de Investigación Julich han realizado una extensa investigación para determinar la mejor estrategia para esta abrumadora tarea. Las supercomputadoras actuales tardan minutos en emular un segundo de acción real, por lo que la investigación como los procesos de aprendizaje no está disponible hoy, explica el profesor Markus Disman, coautor y jefe del Departamento de Neurociencia Computacional del Centro de Investigación Julich. - Existe una gran brecha entre el consumo de energía del cerebro y la supercomputadora. La computación neuromórfica (similar al cerebro) nos permite comprender qué tan cerca podemos llegar a la eficiencia energética del cerebro usando la electrónica.
Desarrollado durante quince años y basado en la estructura y las formas del cerebro humano, SpiNNaker, parte de la plataforma de computación neuromórfica del European Brain Research Project, consta de medio millón de elementos informáticos simples. Los investigadores compararon la precisión, velocidad y eficiencia energética de SpiNNaker con NEST, un software de supercomputadora especializado que se utiliza para estudiar las señales neuronales en el cerebro.
"Las emulaciones que se ejecutan en SpiNNaker y NEST muestran resultados muy similares", dice el coautor Steve Furber, profesor de ingeniería informática en la Universidad de Manchester. - Por primera vez, se ha producido una emulación tan detallada de la corteza cerebral mediante SpiNNaker (o cualquier otra plataforma neuromórfica). SpiNNaker incluye 600 placas que combinan más de 500.000 pequeños procesadores. La emulación realizada en este estudio utilizó solo seis placas, que es el 1% de la potencia total de la máquina. Nuestros resultados ayudarán a mejorar el software y reducirán la cantidad de placas utilizadas en una sola ".
Como dice el Dr. van Albada, “Esperamos poder realizar más emulaciones en tiempo real utilizando estos sistemas informáticos neuromórficos. En el Proyecto Europeo de Investigación del Cerebro, ya estamos trabajando con especialistas en neuro-robótica que esperan aplicar nuestros hallazgos a los robots de control”.
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Vadim Tarabarko
