كامپيوتر اداي مغز را در مي‌آورد - پنجشنبه 29 فروردين 1387

هموطن-- داستان از يك بازي ساده شروع مي‌شود. سوبوتاي احمد (Subutai Ahmad)، يك چهارگوش مجازي در لپ‌تاپ خود مي‌كشد، پشت آن يك «L» و بالاي آن يك «T» مي‌گذارد و مي‌پرسد: اين چيست؟ شما چه حدس مي‌زنيد؟ حدس كامپيوتر احمد اين است: «هلي كوپتر».
به نظر يك بازي ساده ما قبل كامپيوتر مي‌رسد؟ اما سوبوتاي احمد، نايب رييس شركت تازه تاسيس Numenta عقيده دارد اين پيش نمايش، به ما گوشه‌اي از آينده پردازش داده‌ها را نشان مي‌دهد. در واقع ساخت كامپيوترهاي پرقدرتي كه بتوانند به خوبي شطرنج بازي كنند يا در پيش‌بيني وضع هوا به كار گرفته شوند، امروز هم ممكن است، اما وظيفه تشخيص يك گربه از يك سگ، هنوز هم براي ماشين دشوار به نظر مي‌رسد.مغز انسان برخلاف ماهيت محاسبه سريالي پردازنده‌هاي كامپيوتر، به صورت موازي كار مي‌كند و اما احمد مي‌گويد: ما معتقديم كامپيوترها مي‌توانند به قدرت پردازش مغز انسان نزديك شوند.

به شرط آنكه معماري نرم‌افزاري آنها برپايه لايه خاكستري مغز طراحي شود. اين همان چيزي است كه Numenta سعي كرده با پيش نمايش تصوير هلي كوپتر، به صورت ابتدايي، آن را رنگي از واقعيت بزند.
اگرچه در دهه 90 ايده‌اي كه به نام شبكه‌هاي عصبي معروف شد، تا حدودي در اين راه گام برداشت، اما به اعتقاد مديران Numenta، رمز موفقيت در اين زمينه، در طراحي نرم‌افزار نهفته است.
احمد مي‌گويد: به عقيده ما، اين رويكرد به موضوع هوش روباتيك، شروع تازه‌اي در صنعت رايانه است، مشابه آنچه كه 50 سال قبل با توليد ريزتراشه اتفاق افتاد.
بازسازي مغز
البته خبرهايي مثل اين، هر روز در سيليكون ولي به گوش مي‌رسد، اما در مورد Numenta شايد موضوع كمي فرق كند، زيرا موضوع مورد علاقه اين شركت در ميان دانشمندان سرتاسر جهان علاقه‌مندان بسياري دارد.
آنان نه تنها نرم‌افزارهايي بر پايه سيستم مغز انسان طراحي مي‌كنند، بلكه سعي دارند لايه خاكستري مغز را نيز شبيه‌سازي كنند و حتي نسخه‌هايي سخت‌افزاري از «نئوكورتكس» بسازند.
هدف هم، ساخت كامپيوترهاي قدرتمند، تحقيق در ساختار مغز انسان و اميد به كشف اسرار هوشياري انسان است.
اما داستان Numenta از دهه 80 ميلادي آغاز مي‌شود؛ زماني كه جف هاكينز (Jeff Hawkins)، دانشجوي سال آخر دانشگاه كاليفورنيا، موفق به طراحي مدل نرم‌افزاري مغز نشد، اما او نااميد نشد، به سيليكون ولي رفت. آنجا موفق به اختراع Palm Pilot و بعد Treo شد و حالا، اين كارآفرين ثروتمند 50 ساله Numenta را پايه‌گذاري كرده؛ با هدف طراحي الگوريتمي مشابه آنچه قابليت‌هاي شناختي انسان را شكل مي‌دهد و مديريت مي‌كند.
پروژه هاكينز روي ايده نوروبيولوژيستي به نام ورنون مونت كسل (Vernon Mount Castle) بنا شده است. اين دانشمند در دهه 70 ميلادي نشان داد كه تمامي نرون‌ها در نئوكورتكس به يك طريق سازمان‌دهي مي‌شوند، فارغ از اينكه هر ناحيه از كورتكس وظيفه و عملكردي متفاوت را به انجام مي‌رساند. اين نرون‌ها به صورت افقي به لايه‌هاي متعدد و به صورت عمودي در ستون‌هايي تقسيم مي‌شوند. مونت كسل نتيجه گرفت كه مديريت اين نرون‌ها با يك الگوريتم واحد انجام مي‌شود و تنها تفاوت، در نوع اطلاعاتي است كه پردازش مي‌كنند.
هاكينز بر اساس اين ايده، مي‌گويد: شيوه تفكر ما (و نرم‌افزار Numenta) برپايه پيش‌بيني‌ها و طبيعتا خاطرات استوار است. خاطراتي به ما كمك مي‌كنند تا حدس بزنيم، در طول زمان با تحليل مرحله به مرحله اطلاعات ورودي حسي مغز به دست مي‌آيند و در نهايت، مي‌توان يك تصوير يا شكل را فارغ از اطلاعات پراكنده و متفاوت موجود در مغز، تشخيص داد.
اين ايده‌ها به ما كمك مي‌كنند تا در آينده هم وقتي موارد مشابه شناختي پديدار مي‌شود، درست حدس بزنيم.
اما همه با اين ايده متقاعد نمي‌شوند. باب نايت (Bob Knight)، يك عصب شناس دانشگاه بركلي مي‌گويد كه تئوري هاكينز با دانش كنوني ما از نحوه عملكرد مغز مغايرت دارد.
او همچنين مي‌گويد كه اين تئوري فاقد دلايل تجربي و توضيحات علمي كافي است. اما درباره نرم‌افزار Numenta كه به گونه‌اي طراحي شده كه بر اساس تجارب كسب شده قبلي، حدس بزند، اين انتقاد وارد نيست.
احمد مي‌گويد: مهم اين است كه برنامه ما كار مي‌كند و اينكه تصويري كاملا دقيق از مغز ارايه شود، فعلا مدنظر ما نبوده است.
او همچنين مواردي از موفقيت اين تئوري را هم بيان مي‌كند. مثلا شركت EDSA Micro اخيرا نسخه اوليه اين نرم‌افزار را براي كنترل و بررسي تكانه‌هاي عصبي به كار گرفته و شركت اسلحه‌ساز Lockheed Martin هم براي تحليل تصاوير ماهواره‌اي به منظور تشخيص اشياي كوچك همچون صندوق‌هاي پستي، چراغ‌هاي راهنمايي وسطل زباله از اين نرم‌افزار استفاده مي‌كند. هدف هم اين است كه ديدي كامل از فعاليت‌هاي دشمن داشته باشد.
ساير مهندسان مغز نيز مي‌خواهند اين ارگانيسم پيچيده را كپي كنند. براي نمونه هنري ماركرام كه يك دانشمند عصب‌شناس است به همراه تيم خود در پروژه Blue Brain، انستيتو تكنولوژي فدرال سوييس در لوزان سعي دارند نسخه‌اي كاملا ديجيتالي از مغز، بر پايه آخرين داده‌هاي علمي خلق كنند. آنها نمي‌خواهند مغز را به طور كامل بازسازي كنند، بلكه عناصر اصلي و بخش‌هايي از نئوكورتكس براي آنها كفايت مي‌كند و همچنين به منظور ساده‌سازي مساله ستون‌هاي مغز انسان را شبيه‌سازي نمي‌كنند و اين كار را روي مغز موش در دست انجام دارند.
جالب است بدانيد لايه‌اي از مغز به طول 2 ميلي‌متر و ضخامت نيم ميلي‌متر، شامل 10 هزار نرون عصبي مي‌شود. اخيرا گروه ماركرام توانسته يك گام مهم در طراحي مدلي از لايه كورتكس بردارد كه به طور دقيق اجازه شبيه‌سازي فرآيند تجربه در مغز يك موش را مي‌دهد. دانشمندان اكنون اميدوارند كه بتوانند بخش بزرگ‌تري از ساختار مغز را شبيه‌سازي كنند. آنها اول بايد بدانند كه اين ستون‌ها چگونه درون ساختار سلول‌هاي پشتيبان جاي مي‌گيرند و بعد، نوبت به باز‌آفريني و شبيه‌سازي فعاليت مغز كامل يك موش مي‌رسد.
ماركرام معتقد است تا سال 2015 مي‌توان مغز انسان را هم كاملا شبيه‌سازي كرد. اما باز‌سازي مجازي مغز هنوز براي برخي افراد راضي كننده نيست و آنان مشابه سيليكوني مغز را مي‌خواهند.
امروزه كامپيوتر‌ها حاوي ريز‌پردازنده هستند، نه سلول‌هاي عصبي، آنها هنوز نمي‌توانند مشابه نرون‌ها پردازش موازي انجام دهند، اما ريز‌تراشه هم مي‌تواند به نوعي مغز را شبيه‌سازي كند.
در دهه 80 يك مهندس ميكرو الكترونيك به نام كارور مد (Carver Mead) دريافت كه تكانه‌هاي الكتريكي عصب‌ها مي‌تواند با يك مدار تزانزيستوري شبيه‌سازي شود. اين يافته، راه توسعه رتيناي سيليكوني را باز كرد كه مي‌تواند جلو از بين رفتن بینايي را بگيرد. اين تراشه‌ها نيز همچون سلول‌هاي عصبي آنالوگ هستند و با افت و افزايش سيگنال‌هاي الكتريكي كار مي‌كنند. اما هنوز يك ضعف مهم دارند، سيستم سيم‌كشي آنها ايستاست و نمي‌توانند همچون مغز، اتصالات جديد ايجاد كنند.
افزودن حافظه
كوابنا بوهن (Kwabena Boahen)، دانش آموخته ميكرو الكترونيك كه زير نظر «مد» كار كرده و هم‌اكنون پروفسور دانشگاه استنفورد است، نيز براي اجتناب از اين مشكل راه‌حل خود را دارد، او پاكتي پلاستيكي و شفاف ساخته كه به يك تراشه مجهز است و مي‌تواند سيگنال‌هاي ديجيتالي را به سلول‌هاي اطراف و يا حافظه (كه يك تراشه RAM است) برساند.
اين تراشه شايد به تكامل مدل ماركرام نرسد، اما به طور بلادرنگ عمل مي‌كند. بوهن مي‌گويد: كافي است دكمه روشن را بفشاريد و ببينيد كه سيگنال‌ها چطور درون شبكه حركت مي‌كنند.
در اين مدل، مكانيك مغز براساس «نروگريد» پايه‌ريزي شده كه مدلي سيليكوني شامل 16 ريز‌ تراشه است و مي‌تواند، عمل يك ميليون نرون با 6 ميليارد اتصال را تقليد كند. البته هنوز اين طرح به طور كامل عملياتي نشده است.
جعبه‌اي كوچك، حاصل اين تلاش‌هاست كه قدرت پردازشي معادل 300 ترافلاپس يعني 10 برابر سوپر كامپيوتر Blue Brain دارد و زماني كه كامل شود، امكان آزمون تئوري‌هاي مختلف مربوط به مغز را مي‌دهد و شايد، جوابي كامل و دقيق درباره اين راز سربه‌ مهر، حاصل آيد.