Cérebro eletrônico emula um bilhão de neurônios

Por: Inovação Tecnológica

Pesquisadores da Universidade de Manchester, na Inglaterra, estão se preparando para começar a maior simulação já realizada de um verdadeiro "cérebro eletrônico."

A equipe do professor Steve Furber pretende simular um cérebro com 1 bilhão de neurônios, utilizando 50.000 microprocessadores simples e baratos.

Diferenças entre cérebros e computadores

Apesar das constantes comparações, cérebros e computadores funcionam segundo princípios muito diferentes. Além da comparação possível, de que os dois são "sistemas de processamento de informações", cérebros e computadores têm muito mais diferenças do que similaridades.

Do ponto de vista de seus circuitos básicos, o cérebro é lento e impreciso, mas também é flexível e capaz de corrigir falhas nas rotas de processamento. Já os computadores são rápidos e precisos, mas também são inflexíveis e incapazes de fazer algo para o qual não foram projetados.

"Os conjuntos de funções em que cada um deles é melhor não têm interseções. Eles parecem ser simplesmente tipos diferentes de sistemas," afirmam Furber e seu colega Steve Temple.

"Ainda assim, ao longo da curta história da computação, cientistas e engenheiros têm feito tentativas de fertilização cruzada, inserindo conceitos da neurobiologia na computação a fim de construir máquinas que possam operar de maneira mais parecida com o cérebro," afirmam eles.

Uma das maiores razões para isso é a capacidade de processamento em paralelo do cérebro. Outra é que o nosso "sistema de processamento de informação" biológico parece ser virtualmente à prova de falhas.

Simulação do cérebro

Para tentar imitar o cérebro, os cientistas vão começar tentando imitar os neurônios.

A IBM possui um projeto de emulação de neurônios baseado em software, que já permitiu a simulação do cérebro de um gato.

Mas os cientistas ingleses planejam implementar o seu cérebro eletrônico biologicamente inspirado por hardware.

Para isso, eles estão usando microprocessadores ARM (Advanced RISC Machine), uma arquitetura lançada nos anos 1980, mas que perdeu a corrida da computação para o padrão x86 da Intel.

Apesar do fracasso inicial, contudo, o chip ARM seguiu sua própria carreira, e hoje equipa a maioria dos telefones celulares e outros equipamentos móveis, que exigem um desempenho apenas razoável de processamento, mas que precisam gastar pouca energia.

Cérebro eletrônico
Cérebro eletrônico emula um bilhão de neurônios
Esquema do cérebro eletrônico emulado por hardware, feito com microprocessadores utilizados em telefones celulares. [Imagem: Manchester University]

Os 50.000 chips já estão encomendados e serão usados para construir o cérebro eletrônico batizado de Spinnaker - Spiking Neural Network Architecture, algo como arquitetura de rede neural por picos de tensão, em referência às sinapses, os "disparos" elétricos que fazem a comunicação entre os neurônios.

Embora tanto os circuitos eletrônicos no interior de um chip e os neurônios no cérebro comuniquem-se por meio de sinais elétricos, os fios de um chip só sabem conduzir a eletricidade, enquanto as conexões cerebrais servem a outras funções.

Cada sinapse, por exemplo, tem sua própria importância, ou peso, que varia conforme a rede neural aprende por meio do balanceamento dos diferentes sinais recebidos.

Para atribuir pesos, de forma dinâmica, a cada "sinapse" no interior do chip, os pesquisadores vão utilizar variações na tensão dos sinais que transitarão entre eles - daí a expressão "picos de tensão" no nome da arquitetura dos "neurônios eletrônicos".

Neurônios eletrônicos

Cada processador utilizado tem cerca de 100 Kbytes de memória interna, para lidar com suas próprias sinalizações.

Os pesos dinâmicos da rede neural serão controlados por uma outra memória, externa aos chips, com 128 Mbytes.

São 20 núcleos ARM por chip, cada um capaz de modelar 1.000 neurônios. Com 20.000 neurônios por chip, as 50.000 unidades encomendadas a um fabricante de Taiwan serão capazes de simular 1 bilhão de neurônios.

Cérebro eletrônico de robô

O processamento equivalente ao que ocorre no neurônio biológico será feito dentro de cada núcleo, enquanto as sinapses, ou a conectividade dos axônios, serão representadas pelas mensagens trocadas entre os processadores, interligados em uma complexa estrutura toroidal.

Cada chip terá seis conexões bidirecionais, o que permitirá a criação de várias topologias de rede sem alteração do hardware.

O primeiro objetivo dos pesquisadores é fazer seu cérebro eletrônico aprender a controlar um braço robótico. No futuro, eles planejam fazê-lo aprender outras tarefas, objetivando o controle de um robô humanoide completo.