Nuevos chips imitan el cerebro humano

Chips que funcionan como el cerebro superarán a las computadoras actuales

Chips de computadoras que imitan el cerebro humano están superando a los chips convencionales en aspectos cruciales. Esto también podría revolucionar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro.

Los intentos de simular el cerebro por lo general implican software de programación para comportarse como grupos de neuronas. Un nuevo diseño “neuromórfico” intenta recrear el hardware del cerebro, utilizando componentes analógicos vistos por última vez en los primeros días de la computación. “En nuestro sistema, puedes físicamente apuntar a la neurona”, dice Karlheinz Meier, de la Universidad de Heidelberg en Alemania.

El chip actual contiene 400 “neuronas”, o circuitos impresos. Las neuronas reales tienen un voltaje a través de su membrana externa, el sistema imita esto utilizando condensadores: componentes que almacenan carga. Así como en una neurona real, cuando el voltaje aplicado alcanza un cierto nivel, el condensador se vuelve conductor, disparando una “señal nerviosa”.

El chip nombrado “Spikey” también imita las sinapsis – las conexiones entre las neuronas. En un chip normal, cada proceso es digital y por lo tanto sólo puede tomar el valor 0 o 1. El equipo de Meier en lugar de eso usa componentes analógicos con diferentes niveles de resistencia para simular las conexiones entre las neuronas de manera más fuerte o más débil en función de lo mucho que se utilizan. “Los circuitos analógicos murieron después de que las computadoras digitales se hicieron más poderosas”, dice Meier, pero ahora están encontrando nuevas funciones.

El equipo ha conectado las neuronas en el chip Spikey de diferentes maneras para imitar diversos circuitos cerebrales. Hasta ahora han modelado seis redes neuronales, incluyendo uno que se encuentra en el sistema olfativo de los insectos. Al medir los patrones de actividad, se encontraron conque las redes artificiales de Spikey se comportan igual que la cosa real (arxiv.org/abs/1210.7083).

“Esto es lo mejor que se ha podido conseguir en la simulación de la arquitectura neural”, dice Massimiliano Versace de la Universidad de Boston, Massachusetts.

Los chips neuromórficos ya existian sin embargo cada chip solo podía imitar un circuito cerebral particular. Spikey, por otro lado, puede crear cualquier patrón.

Los Chips neuromórticos tienen ventajas sobre los chips convencionales que los hace muy útiles en ciertas situaciones. Por ejemplo, no separan la memoria y el procesamiento – toda la información es almacenada en la fuerza sináptica – esto permite que puedan correr más rápido usando menos energía. También pueden lidiar mejor con los daños, en un chip normal si se dañan unos bits, se daña todo, pero en los neuromórficos pueden seguir trabajando aunque un poco más lento.

Empresas como IBM y HP están investigando los neuromórficos, y algunos dispositivos médicos ya los utilizan. Versace está trabajando con la NASA para desarrollar un sistema de neuromórficos para controlar un vehículo en Marte, ya que la tolerancia de los chips a los daños pueden hacerlos más adecuados para sobrevivir a la intensa radiación del espacio. Los chips también ayudan a comprobar teorías de cómo funciona el cerebro, en experimentos que cambian sistemáticamente cómo cada neurona y la red se comporta.

El equipo ahora está ampliando Spikey como parte de un proyecto llamado BrainScales. “En vez de 400 neuronas tendremos 200.000″, dice el miembro del equipo Thomas Pfeil. Los investigadores han impreso todos los circuitos sobre una oblea de silicio de 20 centímetros de diámetro, lo que les permitió incorporar muchas más conexiones. El año que viene, lo van a usar para simular una parte de la corteza de un cerebro de rata. A partir de ahí, se van a conectar seis obleas más en paralelo, simulando a más de un millón de neuronas, y finalmente modelar la corteza visual completa de una rata.

“La idea es desarrollar una nueva arquitectura informática”, dice Pfeil.