Telefoonchips vormen brein

Een Britse wetenschapper wil een brein van een miljard neuronen nabootsen met een netwerk van chips uit smartphones.

Volgens Steve Furber, een computerwetenschapper van de universiteit van Manchester, schuilt het succes van hersensimulaties in het gebruik van goedkope componenten. Geen supercomputers voor hem maar alledaagse ARM-processors.

1 miljard neuronen
De chips, die momenteel in Taiwan worden geassembleerd, bevatten elk twintig ARM-rekenkernen, samen goed voor twintigduizend neuronen. Furber heeft in totaal vijftigduizend van dergelijke chips besteld. Het aantal neuronen in het menselijke brein wordt tussen de vijftig miljard en honderd miljard geschat.

De wetenschapper beseft dat zijn project nooit zal opkunnen tegen bijvoorbeeld de Blue Brain van IBM, maar hij maalt daar niet om. "Ik ben al tevreden als mijn ontwerp een robot kan aansturen", vertelt hij in New Scientist Magazine.

Elektrische pulsen
Maar die taak is niet simpel. Hoewel neuronen en computercircuits beide gebruikmaken van elektrische pulsen om gegevens door te seinen, is er een wezenlijk verschil. In een brein liggen de verbindingen tussen verschillende neuronen immers niet vast, en in een computer wel.

Het belang daarvan komt tot uiting in het leervermogen van een brein. De sterkte van een bepaalde verbinding verschilt immers naargelang het netwerk leert. Is de uitkomst gunstig, dan wordt die verbinding meer gebruikt en dus sterker en omgekeerd.

Om deze flexibiliteit na te bootsen installeert Furber een geheugenchip naast elke rekenkern. Zo kan het belang van elke verbinding worden opgeslagen aan de hand van een waardeschaal.

Parallel
Een ander struikelblok bij de ontwikkeling ligt in de stroompieken waarmee neuronen communiceren. Een computer heeft geen problemen met de snelheid waarmee een individuele neuron piekt, ongeveer tienmaal per seconde, maar neuronen werken in parallelle groepen.

Gezien de logische opbouw van computerchips kan deze eigenschap niet nagebootst worden. Furbers model maakt daarom gebruik van een soort router die het verkeer tussen de verschillende neuronen regelt.

Pac-Man
Terwijl de wetenschapper en zijn team de levering van de vijftigduizend chips afwachten, zijn ze aan de slag gegaan met een prototype van slechts vijftig neuronen. Dit netwerk leert aan de hand van een Pac-Manachtig spel waarin het donuts moet vangen.

“Dit is het bewijs dat vier jaar onderzoek niet voor niets is geweest”, zegt Furber. Maar er schuilt misschien meer toekomst in een andere techniek. Zogenaamde memristors kennen niet de beperkingen die Furber tegenkwam bij het ontwerpen van zijn model. Maar deze zijn nog niet getest.