Смогут ли компьютеры имитировать человеческий мозг?

В основе многих научно-фантастических произведений лежит гипотеза, что машины будут становиться все более похожими на людей. Мысли о машинах, способных думать, учиться и принимать решения так же, как люди, пугают многих — и тем не менее ученые и инженеры ежедневно работают над их созданием.

Конечно, едва ли стоит опасаться скорого наступления сингулярности, однако в мире искусственного интеллекта и машинного обучения происходит масса интересных событий, о которых мы хотели бы рассказать.

Исследователи из Университета Пердью создают аппаратное обеспечение для искусственного интеллекта (ИИ), основанное на структуре человеческого мозга, чтобы помочь ИИ непрерывно обучаться. Цель этого проекта — сделать ИИ более компактным, чтобы его можно было использовать в изолированных средах, например в роботах для работы в космосе или в автономных транспортных средствах. Искусственный интеллект, непосредственно внедренный в аппаратное обеспечение, а не запускаемый как программа, помог бы этим машинам работать более эффективно.

Инженеры Массачусетского технологического института разработали чип, похожий на мозг. Он содержит десятки тысяч искусственных мозговых синапсов, или мемристоров, помещенных на одну-единственную микросхему размером меньше, чем кружок конфетти. Мемристоры (транзисторы памяти) — это компоненты на основе кремния, которые имитируют синапсы человеческого мозга, ответственные за передачу информации. Когда-нибудь этот так называемый «мозг на чипе» может стать частью небольших портативных устройств искусственного интеллекта, которые смогут решать такие сложные вычислительные задачи, которые сегодня под силу только суперкомпьютерам.

А исследователи из Северо-Западного университета и Университета Гонконга разработали устройство, повторяющее человеческий мозг, которое имитирует манеру человека обучаться. Оно способно учиться на ассоциациях с помощью синаптических транзисторов, которые могут одновременно обрабатывать и хранить информацию.

Вот более подробная информация об этих трех проектах, стремящихся подарить компьютерам возможность имитировать человеческий мозг.

Проект Пердью

В статье, опубликованной в февральском выпуске журнала Science, исследователи из Университета Пердью объяснили, как компьютерные чипы могут динамически перестраиваться, чтобы воспринимать новые данные подобно мозгу. Это позволяет ИИ обучаться непрерывно.

Мозг постоянно формирует новые связи между нейронами, чтобы обеспечить возможность обучаться. Следовательно, компьютер или машина, подобные мозгу, также должны иметь возможность изменять схему своих чипов. Проблема в том, что компьютер в течение многих лет использует все ту же схему, которая была создана для него на заводе.

Следовательно, исследователи должны иметь возможность «непрерывно программировать, перепрограммировать и изменять чип», заявляет Шрирам Раманатан, профессор Школы материаловедения Университета Пердью. Профессор занимается изучением возможности придать определенным материалам способность имитировать мозг с целью улучшения вычислительной техники.

Коллектив под руководством Раманатана создал новое оборудование, которое можно перепрограммировать с помощью электрических импульсов. По мнению ученых, это устройство адаптируемо, и, следовательно, оно сможет взять на себя все функции, необходимые для создания компьютера, подобного мозгу.

«Наши коллеги из Университета Санта-Клары и Портлендского университета штата Орегон провели моделирование экспериментальных данных. Оно показало, что внутренняя физика этого устройства создает динамическую структуру искусственной нейронной сети, способной более эффективно распознавать паттерны и показатели электрокардиограммы по сравнению со статическими сетями, — гласит заявление ученых из Университета Пердью. — Эта нейронная сеть использует «резервуарные вычисления», которые объясняют, как различные части мозга связываются друг с другом и обмениваются информацией».

Далее исследователи намерены провести демонстрацию на крупномасштабных тестовых чипах, которые могут быть использованы для разработки компьютера, подобного мозгу.

«Мозг на чипе» Массачусетского технологического института

Исследователи из Массачусетского технологического института заявляют, что стремятся приблизить день, когда люди «смогут носить с собой искусственный мозг, [способный работать] без подключения к суперкомпьютерам, интернету или облаку».

«Подобно синапсу мозга, мемристор сможет «запоминать» значение, связанное с током определенной силы, и выдавать точно такой же сигнал в следующий раз, когда будет подан аналогичный ток, — отмечается в заявлении. — Это может гарантировать надежность решения сложного уравнения или визуальной классификации объекта. Обычно решение такой задачи требует целого ряда транзисторов и конденсаторов».

В статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, ученые объяснили, как их чип, подобный мозгу, сумел запомнить изображение щита Капитана Америки в оттенках серого и воссоздать его множество раз. Для этого каждый пиксель был сопоставлен с соответствующим мемристором на микросхеме.

Исследователи из Массачусетского технологического института подчеркнули в своей статье тот факт, что «мозг на чипе» может быть использован для решения очень сложных задач на мобильных устройствах — таких задач, с которыми сегодня под силу справиться только суперкомпьютерам.

Устройство, подобное мозгу, имитирует обучение человека

Исследователи из Северо-Западного университета и Университета Гонконга заявили, что сумели обучить свое вычислительное устройство ассоциировать свет с давлением. Для решения этой задачи они позаимствовали идею у русского психолога Ивана Павлова, который научил собак ассоциировать звук колокольчика с едой. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Заявляется, что новое устройство имитирует работу мозга, используя электрохимические «синаптические транзисторы» для одновременной обработки и хранения информации. Заявление гласит: «Эти синапсы позволяют мозгу работать в значительной степени параллельно, отказоустойчиво и энергоэффективно». Органические пластиковые транзисторы в составе устройства работают аналогично биологическим синапсам.

«Мозгоподобные способности нового транзистора и схемы имеют потенциал преодолеть ограничения традиционных компьютеров, включая энергозатратное аппаратное обеспечение и ограниченную способность к многозадачности, — говорится в заявлении. — Кроме того, наше устройство, подобное мозгу, более отказоустойчиво. Оно продолжает работать бесперебойно, даже если некоторые компоненты выходят из строя».

В современных компьютерных системах память и логика физически разделены. Объединение этих функций позволило бы сэкономить место и снизить энергозатраты. Новое вычислительное устройство сделано на основе мягких, пластикоподобных полимеров. Это позволит исследователям интегрировать его в интеллектуальную робототехнику, носимую электронику и даже имплантируемые людям устройства.

Заключение

Пусть восстание роботов — по-прежнему удел научной фантастики, а эти достижения — капля в море попыток повторить биологические механизмы мозга, тем не менее в один прекрасный день могут появиться построенные на их основе компьютеры, на самом деле способные работать подобно человеческому мозгу.