Une étude publiée dans la revue en libre accès Frontiers in Neuroscience a révélé qu'un ordinateur basé sur la simulation de réseaux neuronaux dans le cerveau fonctionnait de la même manière que les supercalculateurs exécutant le meilleur logiciel d'émulation cérébrale utilisé dans la recherche sur les signaux neuronaux. Lorsqu'il est testé pour sa précision, sa vitesse et sa consommation d'énergie, cet ordinateur unique, le SpiNNaker, a le potentiel de surpasser les supercalculateurs conventionnels en termes de vitesse et d'efficacité énergétique. L'objectif est d'élargir les connaissances sur le fonctionnement des neurones dans le cerveau, tel qu'il est appliqué à l'apprentissage et à des troubles tels que l'épilepsie et la maladie d'Alzheimer.
SpiNNaker est capable de fournir des modèles biologiques détaillés du cortex (la couche externe du cerveau qui reçoit et traite les informations des sens), produisant des résultats très proches de ceux obtenus lors de l'exécution de programmes d'émulation sur un supercalculateur », explique le Dr Sacha van Albada, auteur principal Recherche et chef d'équipe pour la neuroanatomie théorique au centre de recherche Julich en Allemagne. "La capacité d'exécuter rapidement des réseaux de neurones détaillés à grande échelle et avec une faible dépense d'énergie contribuera à la recherche en robotique ainsi qu'à l'étude des troubles cérébraux."
Le cerveau humain est très complexe et contient cent milliards de cellules interconnectées. Nous comprenons comment les neurones individuels et leurs composants fonctionnent, comment ils interagissent les uns avec les autres, quelles zones du cerveau sont utilisées pour la perception sensorielle, l'action et la cognition. Mais nous en savons moins sur la transformation de l'activité neuronale en comportement, comme sur la transformation de la pensée en mouvement musculaire.
Les logiciels de supercalculateur ont aidé à émuler la signalisation entre les neurones, mais même les meilleurs programmes sur les ordinateurs les plus rapides d'aujourd'hui ne peuvent émuler que 1% du cerveau humain.
«On ne sait pas encore quelle architecture d'ordinateur est la mieux adaptée pour exécuter efficacement un émulateur de cerveau entier. Le projet européen sur le cerveau humain et le centre de recherche Julich ont mené des recherches approfondies pour déterminer la meilleure stratégie pour cette tâche ardue. Les supercalculateurs d'aujourd'hui prennent quelques minutes pour imiter une seconde d'action réelle, de sorte que les recherches telles que les processus d'apprentissage ne sont pas disponibles aujourd'hui, explique le professeur Markus Disman, co-auteur et chef du département de neurosciences computationnelles du Julich Research Center. - Il existe un écart énorme entre la consommation d'énergie du cerveau et celle du supercalculateur. L'informatique neuromorphique (semblable au cerveau) nous permet de comprendre à quel point nous pouvons nous rapprocher de l'efficacité énergétique du cerveau en utilisant l'électronique."
Développé sur quinze ans et basé sur la structure et les modes du cerveau humain, SpiNNaker - qui fait partie de la plateforme de calcul neuromorphique du projet européen de recherche sur le cerveau - se compose d'un demi-million d'éléments informatiques simples. Les chercheurs ont comparé la précision, la vitesse et l'efficacité énergétique de SpiNNaker à NEST, un logiciel de superordinateur spécialisé utilisé pour étudier les signaux neuronaux dans le cerveau.
«Les émulations exécutées sur SpiNNaker et NEST montrent des résultats très similaires», déclare le co-auteur Steve Furber, professeur de génie informatique à l'Université de Manchester. - Pour la première fois, une telle émulation détaillée du cortex cérébral a été réalisée au moyen de SpiNNaker (ou de toute autre plateforme neuromorphique). SpiNNaker comprend 600 cartes combinant plus de 500 000 petits processeurs. L'émulation réalisée dans cette étude n'a utilisé que six cartes, soit 1% de la pleine puissance de la machine. Nos résultats aideront à améliorer le logiciel et à réduire le nombre de cartes utilisées à une seule."
Comme le dit le Dr van Albada, «Nous sommes impatients de faire plus d'émulations en temps réel en utilisant ces systèmes informatiques neuromorphiques. Dans le cadre du projet européen de recherche sur le cerveau, nous travaillons déjà avec des spécialistes en neuro-robotique qui espèrent appliquer nos résultats pour contrôler des robots. »
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Vadim Tarabarko
