211service.com
Een nieuwe computerchip bootst het neurocircuit van onze neuzen na om te ruiken
Nabil Imam met Intel's Loihi-chip. Intel
Van alle dingen die onze hersenen kunnen doen, is de manier waarop ze ons helpen ruiken een van de best begrepen. Wanneer een geur de reukcellen in onze neus raakt, sturen ze een signaal naar de overeenkomstige cluster van neuronen in de hersenen die bekend staat als de bulbus olfactorius. De bol stuurt het signaal vervolgens naar andere delen van de hersenen, waardoor we de geur van een grapefruit kunnen waarderen of de stank van afval kunnen vermijden.
Olfactorische bollen zijn specifiek voor zoogdieren, maar andere dieren, zoals insecten, vertonen ook soortgelijke neurale structuren. Het betekent dat er waarschijnlijk iets vrij fundamenteels en efficiënts aan deze implementaties is als er in verschillende gevallen evolutie op is gekomen, zegt Mike Davies, de directeur van Intel's Neuromorphic Computing Lab.
Zowel omdat ze zo efficiënt zijn als omdat we ze zo goed begrijpen, zijn reuksystemen een geweldig startpunt voor neuromorfische chips, een nieuw type computerhardware die rechtstreeks geïnspireerd is op de structuur van de hersenen.
Maandag publiceerden wetenschappers van Intel een paper in de natuur dat een nieuw neuromorfisch chipontwerp voorstelt dat de structuur en mogelijkheden van de bulbus olfactorius nabootst. De onderzoekers werkten samen met olfactorische neurofysiologen die de hersenen van dieren bestuderen terwijl ze ruiken. Ze ontwierpen een elektrisch circuit, gebaseerd op de neurale circuits die worden geactiveerd wanneer hun hersenen een geur verwerken, dat op een siliciumchip kan worden gekerfd. Ze ontwierpen ook een algoritme dat het gedrag weerspiegelt van de elektrische signalen die door het circuit pulseren. Toen ze het algoritme op de chip trainden met behulp van een bestaande dataset van 10 geuren - gekenmerkt door hun metingen van 72 verschillende chemische sensoren - was het in staat om nauwkeurig onderscheid te maken tussen hen met veel minder trainingsmonsters dan een conventionele chip.
De chip is nog een prototype in een relatief vroeg stadium, maar als hij eenmaal volwassen is, kan hij voor een aantal toepassingen dienen, zoals het opsporen van bommen of de detectie van schadelijke dampen in chemische fabrieken. Het toont ook het potentieel aan van neuromorphic computing voor meer data-efficiënte AI.
Momenteel volgen de meest populaire chips voor het uitvoeren van ultramoderne deep-learning-algoritmen allemaal een von Neumman-architectuur, een ontwerpconventie die de computerrevolutie decennialang heeft aangedreven. Maar deze architecturen zijn inefficiënte leerlingen: de algoritmen die erop worden uitgevoerd, vereisen enorme hoeveelheden trainingsgegevens, in tegenstelling tot onze veel efficiëntere hersenen. Neuromorfe chips proberen daarom de hersenstructuur zoveel mogelijk te behouden. Het idee is dat zo'n nauwe nabootsing de leerefficiëntie van de chip zal verhogen. Inderdaad, Intel heeft de chip met succes laten leren van zeer weinig voorbeelden.
In de toekomst is het onderzoeksteam van plan om het ontwerp van zijn neuromorfische chip te verbeteren en toe te passen op andere functies van de hersenen dan geur. Davies zegt dat het team waarschijnlijk zijn aandacht zal richten op visie of aanraking, maar op langere termijn ambities heeft om complexere processen aan te pakken. Onze waarnemingsmechanismen zijn de natuurlijke plek om te beginnen, omdat deze goed worden begrepen, zegt hij. Maar in zekere zin werken we ons een weg in en in de hersenen, tot aan de hogere-orde denkprocessen die plaatsvinden.'