Um computador construído para imitar as redes neurais do cérebro produz resultados semelhantes aos do melhor software de supercomputador de simulação cerebral usado atualmente para pesquisa de sinalização neural, encontra um novo estudo publicado na revista de acesso aberto Fronteiras na neurociência . Testado para precisão, velocidade e eficiência energética, este computador customizado chamado SpiNNaker, tem o potencial de superar os problemas de velocidade e consumo de energia dos supercomputadores convencionais. O objetivo é avançar nosso conhecimento sobre o processamento neural no cérebro, para incluir aprendizagem e distúrbios como epilepsia e doença de Alzheimer.

"O SpiNNaker pode suportar modelos biológicos detalhados do córtex - a camada externa do cérebro que recebe e processa informações dos sentidos - entregando resultados muito semelhantes aos de uma simulação de software de supercomputador equivalente, "diz o Dr. Sacha van Albada, autor principal deste estudo e líder do grupo de Neuroanatomia Teórica do Centro de Pesquisa Jülich, Alemanha. "A capacidade de executar redes neurais detalhadas em grande escala com rapidez e baixo consumo de energia avançará a pesquisa em robótica e facilitará os estudos sobre aprendizagem e distúrbios cerebrais."

O cérebro humano é extremamente complexo, compreendendo 100 bilhões de células cerebrais interconectadas. Nós entendemos como os neurônios individuais e seus componentes se comportam e se comunicam entre si e em uma escala maior, quais áreas do cérebro são usadas para a percepção sensorial, ação e cognição. Contudo, sabemos menos sobre a tradução da atividade neural em comportamento, como transformar o pensamento em movimento muscular.

O software de supercomputador ajudou a simular a troca de sinais entre os neurônios, mas mesmo o melhor software executado nos supercomputadores mais rápidos até hoje pode simular apenas 1% do cérebro humano.

"Atualmente não está claro qual arquitetura de computador é mais adequada para estudar redes cerebrais inteiras com eficiência. O European Human Brain Project e o Jülich Research Center realizaram uma extensa pesquisa para identificar a melhor estratégia para este problema altamente complexo. Os supercomputadores de hoje requerem vários minutos para simular um segundo em tempo real, então, estudos sobre processos como aprendizagem, que levam horas e dias em tempo real estão atualmente fora de alcance ", explica o professor Markus Diesmann, co-autor, chefe do departamento de Neurociência Computacional e de Sistemas do Jülich Research Center.

Ele continua, "Há uma grande lacuna entre o consumo de energia do cérebro e os supercomputadores de hoje. A computação neuromórfica (inspirada no cérebro) nos permite investigar o quão perto podemos chegar da eficiência energética do cérebro usando a eletrônica."

Desenvolvido nos últimos 15 anos e com base na estrutura e função do cérebro humano, SpiNNaker - parte da Plataforma de Computação Neuromórfica do Projeto Cérebro Humano - é um computador customizado composto de meio milhão de elementos de computação simples controlados por seu próprio software. Os pesquisadores compararam a precisão, velocidade e eficiência energética do SpiNNaker com a do NEST - um software de supercomputador especializado atualmente em uso para pesquisa de sinalização de neurônios do cérebro.

"As simulações rodadas no NEST e no SpiNNaker mostraram resultados muito semelhantes, "relata Steve Furber, co-autor e professor de Engenharia da Computação na Universidade de Manchester, REINO UNIDO. "Esta é a primeira vez que uma simulação detalhada do córtex foi executada no SpiNNaker, ou em qualquer plataforma neuromórfica. SpiNNaker compreende 600 placas de circuito incorporando mais de 500, 000 pequenos processadores no total. A simulação descrita neste estudo usou apenas seis placas - 1% da capacidade total da máquina. As descobertas de nossa pesquisa irão melhorar o software para reduzir isso a uma única placa. "

Van Albada compartilha suas aspirações futuras para SpiNNaker, "Esperamos obter simulações em tempo real cada vez maiores com esses sistemas de computação neuromórficos. No Projeto Cérebro Humano, já trabalhamos com neuroroboticistas que esperam usá-los para controle robótico. "