قام الباحثون ببناء شريحة سيليكون بسيطة تحاكي عمل شبكات خلايا الدماغ
بواسطة ياناي اوفران
ما الذي يوجد في الدماغ والذي يسمح له بأداء مهام لا يستطيع أي كمبيوتر القيام بها؟ لقد تم اقتراح العديد من النماذج في الماضي لشرح ما هو المميز في الطريقة التي يعالج بها الدماغ المعلومات. حدث هذا الأسبوع تقدم كبير عندما أعلنت مجموعة من الباحثين السويسريين الأمريكيين أنهم نجحوا في تطوير شريحة سيليكون تعتمد على مبادئ تشغيل شبكات خلايا الدماغ. اتضح أن هذا المعالج البسيط قادر على أداء المهام التي تحتاج أجهزة الكمبيوتر العادية من أجلها إلى قدر كبير من الموارد والوقت والطاقة. ويتوقع الباحثون أن تتفوق الشريحة الجديدة على جميع منافسيها الإلكترونيين، على الأقل في أنواع معينة من الحسابات.
ومن جانبها، من المتوقع أن تحتفظ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية بالمزايا التي تتمتع بها على الدماغ في أنواع أخرى من الحسابات. على سبيل المثال، لا يستغرق حساب حاصل ضرب رقمين مكونين من 100 رقم سوى ثوانٍ حتى بالنسبة لجهاز كمبيوتر منزلي قديم الطراز، ولكنه مهمة مستحيلة بالنسبة لشخص بدون ورقة وقلم رصاص.
لكن يمكن للدماغ أن يحل المشكلات التي تفشل أجهزة الكمبيوتر المتطورة في حلها حتى بعد جهد طويل. التعرف على الوجه، على سبيل المثال. ليس من الصعب التعرف على حاييم يافين في الشارع، من بين عشرات الوجوه المجهولة - حتى لو رأيته، دعنا نقول، فقط من الملف الشخصي، وهي زاوية لم يرها حتى أكثر مشاهدي مبات تفانيًا من قبل. ويستطيع العقل أن يستنتج خلال جزء من الثانية، حتى من هذه الزاوية، كيف يبدو هذا الوجه من الأمام ويربطه بوجه حاييم يافين المخزن في الذاكرة. وفي الوقت نفسه، يتجاهل الدماغ كل التدفق الهائل من المعلومات التي يتم تغذيته بها من جميع الوجوه الأخرى، الغرباء، في الشارع.
القدرة على التعرف على الوجوه ليست مقتصرة على البشر. على سبيل المثال، يستطيع الشمبانزي أن يحدد بنجاح كبير ما إذا كان الشمبانزي الأجنبيان المقدمان له في الصورة هما الأم والابن. ولكن عندما يتعلق الأمر بالكمبيوتر، فهو لا يعمل. ولا يوجد حاسوب اليوم، مهما كان متطورا، يستطيع أن يفعل شيئا مماثلا، لا من حيث الدقة ولا من حيث الكفاءة والسرعة.
لا يقتصر الأمر على أن الدماغ قادر على فرز ما هو ذي صلة من كتلة من البيانات فحسب، بل حتى لو كانت المعلومات التي يتم تغذيتها به غير كاملة أو غير دقيقة، فإنه في بعض الأحيان قادر على ملء الفجوات. إذا لم يكن لديه الأدوات اللازمة لإعطاء إجابة دقيقة، فإنه يتمكن في معظم الحالات من تقديم إجابة تقريبية جيدة إلى حد ما، وقبل كل شيء، يكون قادرًا على التعلم والتحسين في أداء المهام. تمثل كل واحدة من هذه الإمكانيات مشكلة صعبة بالنسبة للكمبيوتر.
كيف يفعل الدماغ هذا؟ ربما يكمن الاختلاف في البنية - بنية الوحدات الحسابية، والتي تم تصميمها بطريقة مختلفة تمامًا في النظامين. إن التركيب التشريحي وآليات العمل الأساسية لخلايا الدماغ معروفة للباحثين منذ عقود، ومع ذلك لا يزال من غير الواضح كيف تمكنها من أداء هذه المهام المعقدة. الدماغ عبارة عن نظام مكون من ملايين المليارات من الخلايا. يمكن لكل واحد منهم استقبال ونقل التيارات الكهربائية إلى آلاف الخلايا الأخرى. عندما يصل مثل هذا التيار الكهربائي إلى الخلية المستهدفة، فإنه يمكن أن يتسبب في إطلاق تيارات كهربائية إلى الخلايا التي يكون على اتصال بها، أو بدلاً من ذلك إسكاتها. لا يمكن للتيار أيضًا أن يؤثر على الخلية على الإطلاق - كل هذا يتوقف على قوة التيار ونوع الخلية التي تم استلامها منها.
لقد ظل المنظرون لسنوات يحاولون شرح كيف يمكن لمثل هذه الشبكة إجراء مثل هذه الحسابات المعقدة. قرر ريتشارد هنلوزر من سويسرا ومجموعة من الباحثين الأمريكيين العاملين معه اختبار هذه النظريات. لقد حاولوا تقليد مبادئ عمل الدماغ بنظام بسيط من الدوائر الكهربائية على شريحة السيليكون. يحتوي النظام الذي بنته المجموعة على 16 خلية كهربائية تمثل 16 خلية دماغية. يمكن لكل خلية أن تتدفق تيارات كهربائية إلى نفسها وإلى الخلايا المحيطة بها، بحيث إذا استقبلت إشارة، أي إذا تدفق إليها تيار كهربائي، فإنها تنقل التيارات إلى جيرانها، الذين ينقلون التيارات أيضًا إلى خلاياهم. الجيران وما إلى ذلك. في وسط النظام، وضعوا خلية كابتة - وهي خلية يمكنها استقبال التيار من أي خلية، واستجابة لذلك ترسل لهم إشارات تقلل من قوة التيار الذي ينقلونه إلى جيرانهم. تشبه هذه الأنواع من الوصلات إلى حد كبير أنواع الوصلات التي تربط خلايا الدماغ فيما بينها.
وعندما فحص الباحثون الطريقة التي يعالج بها هذا النظام البسيط التيارات الكهربائية، اكتشفوا خصائص تذكرنا إلى حد كبير بسلوك الدماغ. فعندما تم تغذية العديد من التيارات الكهربائية في النظام إلى العديد من الخلايا في نفس الوقت، تجاهل معظم التيارات ولم يعالج سوى التيار الأقوى، على غرار آلية الانتباه في الدماغ - وهي الآلية التي تركز الانتباه على الإشارات المهمة وتتجاهلها. الضوضاء والمعلومات التي ليست ذات صلة في تلك اللحظة. هناك أيضًا أنظمة محوسبة قادرة على اختيار أقوى إشارة من مجموعة إشارات، لكن هذا النظام أبسط بكثير وأكثر كفاءة.
وفي العدد الأخير من مجلة "الطبيعة"، حيث تحدث الباحثون عن النظام، تحدثوا أيضًا عن الحسابات والقياسات التي أجروها، والتي توضح أن الطريقة التي يعالج بها النظام المعلومات تشبه إلى حد كبير نشاط شبكات خلايا الدماغ في الخلايا الأخرى. النواحي. على سبيل المثال، اكتشفوا تشابهًا كبيرًا بين سلوك النظام ونشاط الدماغ، وفقًا لقياسات علماء وظائف الأعضاء، عند التعلم واستخدام الذاكرة.
ويعتبر الباحثون في جميع أنحاء العالم أن هذا البحث هو أحد أكبر الاكتشافات في السنوات الأخيرة، والذي يمكن أن يحدث ثورة في كل من أبحاث الدماغ وعلوم الكمبيوتر. ويأملون أن يمهد النظام الطريق لصياغة نظرية تشرح أخيرًا كيف تعمل الوحدات الأساسية البسيطة التي يتكون منها الدماغ - الخلايا والوصلات بينها - بالتنسيق لإنشاء آلة حسابية متطورة. ولا يمكن لمثل هذه النظرية أن تساعد في فهم الدماغ فحسب، بل ربما توفر أيضًا أدوات جديدة لعلوم الكمبيوتر - أدوات من شأنها أن توفر طرقًا حسابية لحل المشكلات التي بدت حتى الآن مستعصية على الحل.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 26/6/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~318315066~~~207&SiteName=hayadan