Datorer kan göra saker som mänskliga hjärnor inte gör bra. De kan utföra enorma beräkningar utan att slarva, de tänker inte på annat och de tröttnar inte.

Annars är hjärnan överlägsen.

Den väger inte mer än en bärbar dator, men den har egenskaper som datortillverkarna inte kommer i närheten av – inte ens förstår.


Analog och digital. För att efterlikna hjärnans funktion krävs en kombination av analog och digital elektronik. Här i en elektronisk krets som utvecklats av den EU-finansierade Facets-projektet. Foto: Facets.

Hjärnan har låg energiförbrukning. Den kan lära sig nya saker genom observation och övning. Den är feltolerant, det vill säga att om delar av hjärnan skadas hittar den ändå sätt att lösa sina uppgifter. Och den sedvanliga uppdelningen i hårdvara och mjukvara går inte att tillämpa. Hjärnan läser inte in program och kör dem. Hjärnan utvecklas hela livet, fast mest under barndomen, genom att nya strukturer av hjärnceller överlagras på de gamla.

Den europeiska forskningsgruppen Facets utvecklar en elektronisk struktur som realiserar vad forskarna tror sig veta om hur hjärnan fungerar.

– Det är uppenbart att vi kan lära något av biologin, säger Karlheinz Meier, fysiker vid universitetet i Heidelberg i Tyskland.

– Jag tror att systemet som vi utvecklar kan bli en del av en revolution inom informationstekniken.

En första krets har redan tillverkats. Det är ett nätverk av trehundra elektroniska nervceller med en halv miljon kopplingar (motsvarande synapser) sinsemellan.

Strikt talat är det ingen dator. Datorer är definitionsmässigt digitala, men Facetsgruppens krets använder analog teknik för att efterlikna hjärncellerna. Kopplingarna mellan dem är däremot digitala.

Människans hjärnan består av ungefär tusen miljarder hjärnceller, och kopplingarna mellan dem är många gånger fler.


Hjärnkirurger. Forskare från Facets-projektet med en så kallad wafer med den nya elektroniska kretsen som efterliknar hjärnans funktion. Foto: Facets.

Så trehundra elektroniska hjärnceller är inte mycket till hjärna, men de är åtminstone snabba. (Kommunikationen mellan hjärncellerna är inte särskilt snabb jämfört med elektronik.)

Kretsen är 100 000 gånger snabbare än sin biologiska motsvarighet och hela tio miljoner gånger snabbare än en simulering i form av ett program som körs på en vanlig dator, uppger Karlhenz Meier.

(Den välkända tekniken artificiella neurala nätverk är också ett försök att efterlikna hjärnans funktion, men artificiella neurala nätverk är program som körs på vanliga datorer, inte en särskild typ av dator.)

Den lilla kretsen används bara av forskarna för att testa hypoteser om hur hjärnan fungerar. Än så länge finns det inga forskningsrön som kan tillämpas på områden som datorspel eller bildigenkänning.

När det gäller avancerade matematiska beräkningar och informationsbehandling finns det ingen idé att efterlikna människohjärnan i elektronisk form. Vanliga digitala datorer är mycket bättre än våra inbyggda hjärnor på sådant.

Men det finns uppgifter som våra hjärnor löser elegant, trots att det är obegripligt hur det går till.

Ett exempel är bilkörning. En bilförare kan se ett hinder på vägen, bestämma sig för att bromsa in, sätta foten på bromspedalen och trycka till på någon sekund. Varje observation och handling förutsätter att det skickas signaler mellan hjärnceller. Med tanke på hur långsam kommunikationen mellan hjärncellerna är så kan man dra slutsatsen att hela sekvensen av observationer, slutsatser och handlingar genomförs i mindre än tio steg i hjärnan.

Det finns datorprogram för bilar som kan utföra liknande saker, men de är byggda med elektronik, som är tusentals gånger snabbare än hjärncellerna, och programmen består av miljoner rader kod.

Bara en sådan sak som att lyfta foten, hitta bromspedalen (utan att titta) och trycka till lagom hårt är något som, vad jag vet, ingen robot skulle klara. I varje fall inte på bråkdelen av en sekund.

För människor är det ju inte heller någon medfödd färdighet, men den kan övas in. Tydligen skaffar sig hjärnan under årens lopp stora sjok av förprogrammerade beteenden som kan aktiveras lika enkelt som med en knapptryckning.

En andra Facets-dator är på gång. Den ska ha 200 000 elektroniska nervceller och femtio miljoner kopplingar.
Fortfarande inte mycket till hjärna – en daggmask har fler små grå.

Men det hela är ett sammankopplat forskningsprojekt, där tekniker omsätter hjärnforskarnas teorier i elektronik. Hjärnforskarna testar sedan sina hypoteser i elektroniken och drar nya slutsatser eller modifierar sina teorier, och sedan bygger teknikerna ny elektronik. Datavetare experimenterar med nya sätt att lösa problem, och bidrar också till utvecklingen av elektroniken:

– När man väl har förstått de grundläggande principerna kan man hoppas på att utveckla hårdvaran ännu mer, för biologin har inte nödvändigtvis hittat den bästa lösningen, säger Karlheinz Meier.

Siktet är redan från början inställt på industriell tillämpning. Den nya kretsen utvecklas med tanke på massproduktion.

Redan om fem år tror Karlheinz Maier att den nya elektroniken kan finnas tillgänglig, kanske i form av ett extrakort till vanliga datorer. Han tror också att tekniken går att krympa ner till mikroskopisk skala.

Tänkbara användningsområden beskriver han som komplexa frågor med ett enkelt svar, till exempel beslutsfattande. Människans tänkande går i baklås om vi måste ta hänsyn till mer än fem sex faktorer när vi ska fatta ett beslut, men en konstgjord hjärna kan sammanväga i princip hur många faktorer som helst och rekommendera ett ja eller ett nej.

En annan tänkbar tillämpning är intelligenta webbsökningar – en sökmotor som inte bara hittar sidor som innehåller vissa ord, utan som använder många kriterier för att bedöma hur intressanta de är.

Läs mer om projektet här.