Hjärnan bearbetar problem på ett sätt som är tvärt emot hur datorer gör. Det är utgångspunkten för IBMs satsning på en ny datateknik som efterliknar hjärnans arbetssätt.
Dill? Nej, en pyramidformad neuron, i verkligheten två millimeter lång. Den tar emot och bearbetar impulser från tiotusen andra neuroner. Foto: IBM Research.
Projektet, som tillkännagavs förra veckan, har fått 4,9 miljoner dollar – ett rätt blygsamt belopp i sådana sammanhang – i bidrag från amerikanska försvarets forskningsinstitut, Darpa.
Målet är att datorerna ska kunna analysera och dra slutsatser i realtid av stora datamängder.
– Vi vill förse maskinvaran med sådana sinnesorgan som hjärnan har, sinnesförnimmelser och interaktion, för att datorerna ska kunna bearbeta och förstå data snabbare än nu. Samtidigt ska de förbruka mindre energi, säger Dharmendra Modha, forskare på IBM, till IDG News.
– Vi ska kombinera neurovetenskap, nanoteknik och superdatorteknik.
Forskarna vill bygga maskiner som är som den mänskliga tanken och som anpassar sig till förändringar. På så sätt skulle man kunna utvinna mer värde ur datamängderna. I dag går den mesta informationen företagen förbi. Men i den information som försvinner ingår data som skulle kunna hjälpa användarna att fatta snabba beslut.
– Om vi kunde konstruera datorer som kan vara i den riktiga världen, uppfatta vad som händer och reagera på ett intelligent sätt skulle det vara ett enormt framsteg, säger Dharmendra Modha.
Och detta förutsätter att vi angriper förhållandet mellan problemlösning och programmering på ett nytt sätt. Idag börjar vi med att fastställa målen för problemlösningen. Sedan utarbetar vi algoritmer som realiserar de målen.
– Hjärnan är raka motsatsen, säger Dharmendra Modha. Den utgår från en existerande algoritm, vilket problem som ska lösas kommer i andra hand. Hjärnan är en beräkningsplattform som kan hantera en mångfald av problem.
Resonemanget anknyter till de teorier som grundaren av Palm, Jeff Hawkins, utvecklar i sin bok ”On intelligence”. Jeff Hawkins, som var hjärnforskare innan han började utveckla handdatorer, har använt pengarna han tjänade på Palm till att grunda ett annat företag, Numenta. Numenta utvecklar ett minnessystem som arbetar efter samma principer som, enligt Jeff Hawkins teori, hjärnan använder.
IBM Research kommer naturligtvis att utveckla egna modeller.
Nyligen genomförde IBM Research en simulering av hjärnbarken på ett mindre däggdjur med hjälp av superdatorn Blue Gene. Simuleringen motsvarade 22 miljoner nervceller och elva miljarder synapser. Enligt forskarna uppvisade den simulerade hjärnan så kallade emergenta fenomen, det vill säga ändamålsenliga beteenden som inte hade programmerats. De uppstod som ett resultat av samspelet mellan andra funktioner.
Försök att efterlikna hjärnans funktionssätt har gjorts sedan 1950-talet. Ett välkänt exempel är artificiella neuronnät, en typ av program som kan lära sig lösa problem genom att försöka, misslyckas och lyckas. Numera tror ingen att det går att bygga en artificiell mänsklig hjärna med artificiella neuronnät, men tekniken används i många specifika praktiska tillämpningar.
Idag domineras forskningen av ett ingenjörsmässigt perspektiv: hur kan vi efterlikna hjärnans sätt att lösa komplicerade problem mycket snabbt och med låg energiförbrukning?
Många av våra automatiska reaktioner, som att trampa på bromsen när vi kör bil och ser ett hinder på vägen, går så snabbt att impulsen bara kan ha passerat ett fåtal hjärnceller på vägen mellan ögat och foten. De enskilda hjärncellerna är långsamma jämfört med transistorerna i en processor. Ändå är hjärnan som helhet mycket snabbare än en dator när det gäller komplexa reaktioner som omfattar sinnesintryck, utvärdering och reaktion. Om detta går att efterlikna öppnar sig möjligheter som vi hittills bara har läst om i science fiction.
Dharmendra Modha spekulerar i ett datasystem som hanterar världens vattenförsörjning genom att analysera data i realtid. Han tänker sig ett nätverk av sensorer som mäter temperatur, tryck, våghöjd och tidvatten i världens alla hav:
– Tänk dig att dessa data matas till en global hjärna som upptäcker underliggande mönster och sammanhang som dagens algoritmer inte skulle hitta.
En sådan dator skulle också kunna förstå sig på världsmarknaderna som aktier, värdepapper och fastigheter. Den skulle kunna upptäcka mönster och samband på samma sätt som den mänskliga hjärnan gör.
Än så länge arbetar forskarna inte med konkreta applikationer, utan de försöker förstå vad hjärnan gör och hur det arbetssättet kan överföras till datorer, berättar Modha. Ett forskningsområde är nanoteknik. Forskarna hoppas på ”kognitiva processorer” som efterliknar hjärnans funktionssätt och som, liksom hjärnan, tar lite plats och kräver lite energi.
IBM kommer också att genomföra omfattande simuleringar av hjärnans funktion för att testa olika hypoteser.
– Det blir ett långvarigt och kämpigt projekt, men det kan leda till tekniska genombrott, säger Dharmendra Modha, som inte vill lämna någon tidsplan.
Men om projektet blir framgångsrikt innebär det att vi kommer att bygga datorer på helt nya sätt.
IBMs forskningsprojekt heter ”Cognitive Computing via Synaptronics and Supercomputing”, vilket förkortas C2S2.
Det ingår i en satsning som genomförs av det amerikanska försvarets forskningsinstitut Darpa. Det officiella namnet på Darpas satsning är ”Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics”, vilket förkortas Synapse.
Syftet är att utveckla ett stort distribuerat datasystem som samlar in data från sensorer och analyserar dem i realtid. Detta ska ske med radikalt nya beräkningsmetoder, inspirerade av hur man tror att hjärnan arbetar.
I samarbetet ingår Stanford, University of Wisconsin, Cornell, Columbia University Medical Center och University of California.
