Κυριακή 22 Οχτώβρη 2000
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
Σελίδα 7
ΕΝΘΕΤΗ ΕΚΔΟΣΗ: "7 ΜΕΡΕΣ ΜΑΖΙ"
ΠΟΙΚΙΛΗΣ ΥΛΗΣ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ
ΝΕΥΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
Μικροεπεξεργαστές με ζωντανό εγκεφαλικό ιστό!

Η έρευνα στα νευρωνικά δίκτυα προχωρά τώρα και σε χρήση βιολογικών νευρώνων, πέρα από τις απλουστευτικές προσομοιώσεις τους σε ψηφιακούς υπολογιστές. Τελικός στόχος η κατασκευή σάιμποργκ (cyborg)

Τα νευρωνικά δίκτυα είναι ένας τομέας της έρευνας για την τεχνητή νοημοσύνη με ιστορία δεκαετιών. Βασίζεται στην προσομοίωση σε ψηφιακούς υπολογιστές της βασικής λειτουργίας των βιολογικών νευρώνων, δηλαδή της ανταπόκρισης σε μια ομάδα εισερχόμενων ηλεκτρικών ερεθισμάτων με την παραγωγή και μετάδοση στους συνδεδεμένους νευρώνες ενός ηλεκτρικού ερεθίσματος διαφορετικής έντασης ανάλογα με την προηγούμενη «εμπειρία» του κάθε νευρώνα για τον «αρμόζοντα» τρόπο αντίδρασης στη συγκεκριμένη ομάδα ερεθισμάτων ή σε παραπλήσιες σε αυτή.

Η όλη διαδικασία δεν έχει τίποτα το μεταφυσικό, αφού στα βιολογικά είδη η «εμπειρία» και ο τρόπος που «αρμόζει» αποκτώνται με τη διαφοροποίηση της χημικής ισχύος των διαφόρων καναλιών εισόδου πάνω στο αποτέλεσμα εξόδου, ενώ στα ηλεκτρονικά νευρωνικά δίκτυα με τη διαφοροποίηση των κατάλληλων συντελεστών. Και στις δύο περιπτώσεις, η εκπαίδευση του νευρωνικού δικτύου γίνεται μέσω της παροχής σ' αυτό πολλών συνδυασμών εισόδου και της αντίστοιχης για το καθένα σωστής εξόδου, που επιτρέπουν στο δίκτυο να αυτορρυθμιστεί. Μετά από το στάδιο αυτό μπορεί να κάνει προβλέψεις εφόσον τα ερεθίσματα εισόδου ακολουθούν την ίδια λογική με εκείνα με τα οποία εκπαιδεύτηκε, να αναγνωρίζει σχήματα κτλ.

Επιστήμονες εξάγουν νευρικά κύτταρα από μια βδέλα για χρήση στον πρώτο νευροϋπολογιστή
Επιστήμονες εξάγουν νευρικά κύτταρα από μια βδέλα για χρήση στον πρώτο νευροϋπολογιστή
Η τεχνολογική ανάπτυξη των τελευταίων δεκαετιών επέτρεψε το διπλασιασμό της ταχύτητας των ψηφιακών υπολογιστών κάθε περίπου ενάμιση χρόνο. Ετσι, ο πιο αργός σημερινός προσωπικός υπολογιστής είναι γίγαντας (σε υπολογιστική ισχύ) μπροστά στον πρώτο, μεγέθους δωματίου, κεντρικό υπολογιστή που κατασκευάστηκε πριν από 40 χρόνια. Ωστόσο, οι σημερινοί υπολογιστές δεν είναι ούτε μια σπιθαμή πιο έξυπνοι από τους παλαιότερους. Η προσπάθεια των ερευνητών της τεχνητής νοημοσύνης να κατασκευάσουν μια πραγματικά νοήμονα μηχανή έχουν μέχρι στιγμής αποτύχει παταγωδώς.

Τώρα, κάποιοι, όπως ο βιοϊατρικός μηχανικός Γουίλιαμ Ντίτο, του Ιντσιτούτου Τεχνολογίας της Γεωργίας (ΗΠΑ), στρέφονται προς το ζωντανό βιολογικό ιστό, με πρόθεση να τον χρησιμοποιήσουν σαν «μαύρο κουτί», δηλαδή να τον αφήσουν να αυτοοργανωθεί όπως είναι βιολογικά προγραμματισμένος να κάνει, όταν δέχεται κάποια εξωτερικά ερεθίσματα. Στις έρευνές τους χρησιμοποιούν νευρώνες από βδέλλες, γιατί είναι πολύ μεγάλοι και εύκολοι στο χειρισμό τους. Σε όλα τα ζώα, η λειτουργία των νευρώνων είναι παραπλήσια. Γι' αυτό δεν είναι απαραίτητη η χρήση ανθρώπινων νευρώνων, ούτε τώρα και πιθανά ούτε και στο μέλλον. Αλλωστε, στόχος των ερευνητών προς το παρόν είναι απλά για τους βιολογικούς οργανισμούς, αλλά πολύ δύσκολα πράγματα για τους συνήθεις υπολογιστές, όπως ένα σύστημα βαδίσματος.

Πριν από μερικά χρόνια ο Ντίτο και οι συνάδελφοί του, πέτυχαν να κάνουν μια απλή πρόσθεση αριθμών με τη βοήθεια δύο νευρώνων από βδέλλα. Το γεγονός, αν και ασήμαντο ως προς το αποτέλεσμα, μπορεί να ανοίξει δρόμους για την αξιοποίηση εκατομμυρίων ανάλογων νευρώνων που θα λύνουν πολύ πιο σοβαρά προβλήματα με τη μη γραμμική λογική του βιολογικού εγκεφάλου.

Ενα από τα πιο δύσκολα προβλήματα που αντιμετώπισαν οι ερευνητές ήταν η διασύνδεση των μηχανημάτων ελέγχου με τους νευρώνες. Πώς θα υπέβαλλαν σύνθετες ερωτήσεις στους νευρώνες; Οι νευρώνες μιλούν μια πολύπλοκη «γλώσσα». Κάθε «λέξη» στο λεξικό των νευρώνων είναι μια επαναλαμβανόμενη ακολουθία ηλεκτρικών παλμών. Οταν οι νευρώνες μιλούν μεταξύ τους αυτοί οι παλμοί μεταδίδονται κατά μήκος των συνάψεων, δηλαδή των ηλεκτρικών επαφών που τους συνδέουν για να σχηματίσουν δίκτυο. Κάθε σύναψη μπορεί να έχει μέχρι και 200.000 κανάλια και κάθε κανάλι μεταφέρει πληροφορίες για μια διαφορετική πλευρά της ζωής του κυττάρου.

Μέχρι πριν λίγα χρόνια, η αποκωδικοποίηση και η κατανόηση όλων αυτών των διακυτταρικών συνομιλιών ήταν αδύνατη. Η ειρωνεία είναι ότι ήταν ακριβώς η αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας των ψηφιακών υπολογιστών που επέτρεψε τελικά να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα αυτό. Με τους σύγχρονους μικροϋπολογιστές που είναι αρκετά ισχυροί για να «καταβροχθίζουν» τις διαφορικές εξισώσεις, η Εύα Μάρντερ, νευροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Μπράντεϊς, ανέπτυξε ένα πρόγραμμα που μπορεί να μεταγλωττίζει αυτή τη συνομιλία των νευρώνων ζωντανά, την ώρα που πραγματοποιείται.

Οι ηλεκτρικοί παλμοί μεταδίδονται προς τον υπολογιστή μέσω ηλεκτροδίων που έχουν εισαχθεί στο εσωτερικό του νευρώνα. Το πρόγραμμα «διαβάζει» τη διαφορά δυναμικού του νευρώνα και εισάγει την τιμή της σε μια εξίσωση που υπολογίζει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που μπορεί να δημιουργήσει αυτή η διαφορά δυναμικού. Μετά δημιουργεί ένα κατάλληλο ηλεκτρικό σήμα που στέλνεται πίσω στον νευρώνα μέσω του ηλεκτροδίου. Ελέγχοντας την ένταση του σήματος αυτού, το πρόγραμμα μιμείται ένα κανάλι επικοινωνίας νευρώνων και ο νευρώνας αντιδρά σαν να επικοινωνούσε με έναν άλλο νευρώνα και όχι με έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Η ομάδα του Ντίτο χρησιμοποίησε αυτό το σύστημα αντίστροφα: για να δώσει εντολές στους νευρώνες. Ο υπολογιστής στέλνει έναν κατάλληλο ηλεκτρικό παλμό αναγκάζοντας το νευρώνα να μπει σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Για να προσθέσουν για παράδειγμα δύο αριθμούς, οι επιστήμονες «λένε» στους δυο νευρώνες να μπουν σε καταστάσεις που αντιστοιχούν στους δύο αριθμούς. Στη συνέχεια, τα δύο κύτταρα συνδέονται ηλεκτρικά μέσω του υπολογιστή και τους δίνεται η εντολή να «προσθέσουν». Αντιδρούν με μια απάντηση που αντιστοιχεί στο άθροισμα.

Τώρα η ομάδα του Ντίτο έχει ξεκινήσει μια προσπάθεια να χρησιμοποιήσει κομμάτια νευρικού ιστού με πολλούς νευρώνες οργανωμένους σε ένα ή και σε περισσότερα επίπεδα. Ελπίζουν ότι μέσα στην επόμενη επταετία θα έχουν καταφέρει να διδάξουν ένα νευρωνικό κύβο ακμής ενός χιλιοστού να κάνει όλες τις αριθμητικές πράξεις και να αναγνωρίζει σχέδια και σχήματα. Επειδή είναι αδύνατο να παρεμβάλουν μια διασύνδεση με τον υπολογιστή ανάμεσα σε καθένα από τα στρώματα νευρώνων, αυτή θα είναι η πρώτη προσπάθεια να αφήσουν τους νευρώνες να φτιάξουν τις δικές τους διασυνδέσεις στο εσωτερικό του κύβου. Αν πετύχει η προσπάθεια αυτή, τότε χωρίς να έχει κατανοηθεί ο τρόπος «σκέψης» του νευρικού ιστού, θα έχει μπορέσει να αξιοποιηθεί τεχνολογικά.

Το επόμενο βήμα θα είναι ένας νευροϋπολογιστής που θα μπορεί να μάθει διαδικασίες, όπως το πώς να κινεί τα πόδια ενός ρομπότ, για να περπατά σε ανώμαλο έδαφος και πώς να αναγνωρίζει διάφορα αφηρημένα σχέδια π.χ. μια εικόνα ανθρώπου φτιαγμένη με γραμμές και κύκλους. Ενας τέτοιος νευροϋπολογιστής, μετά από παραπέρα εξέλιξή του, θα μπορούσε να αποτελέσει τον «εγκέφαλο» ενός ρομπότ. Συνδυάζοντας σε αρμονικό σύνολο έναν κατ' ουσία βιολογικό εγκέφαλο και τα απαραίτητα μηχανικά μέρη για την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον, το ρομπότ αυτό θα είναι πια ένα σάιμποργκ (cyborg). Η χρήση του, βεβαίως, θα εξαρτηθεί από το κοινωνικοοικονομικό σύστημα μέσα στο οποίο θα κατασκευαστεί. Μπορεί να είναι ένας χρήσιμος βοηθός του ανθρώπου -ένα έξυπνο ρομπότ- ή ένας πιστός στην εταιρία και το κράτος της «Ρομποκόπ»...


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Discover»

ΠΑΡΟΜΟΙΑ ΘΕΜΑΤΑ
Η γλώσσα του εγκεφάλου(30/12/2012)
Σχέδιο ψηφιακής προσομοίωσης του εγκεφάλου(11/11/2012)
Βήματα στην αποκάλυψη του μηχανισμού της μνήμης(12/8/2007)
Η «καλωδίωση» της παρεγκεφαλίδας(14/9/2003)
Ανθρωπος και μηχανή έσονται ένα(4/3/2001)
Μια αναλογική προσέγγιση στη ρομποτική(15/10/2000)

Κορυφή σελίδας

Διαβάστε στο «Ρ»

Ο καιρός
Weather data from openweathermap.org