Als een persbericht jubelend opent met woorden als 'breakthrough', moet je op je hoede zijn. Dat is niet anders bij deelnemers aan het Europese Human Brain Project (HBP). Toch is er wel degelijk een interessante ontwikkeling gaande, namelijk onderzoek naar een speciaal ontwikkelde computer om neurale netwerken te simuleren. Dit apparaat met de naam Spinnaker kan simulaties veel energiezuiniger uitvoeren dan supercomputers door een andere computerarchitectuur te gebruiken.
De zoektocht naar het kunnen simuleren van het menselijk brein, loopt al een tijdje en is een belangrijk Horizon 2020-project met een looptijd van tien jaar en een geschat budget van ruim een miljard euro, waarvan vijfhonderd miljoen uit de kas van de EU. Het project waaruit Spinnaker voortkomt, loopt met vijftien jaar al langer dan het HBP, maar is momenteel onderdeel van het HBP.
Problemen beter begrijpen
De Theoretical Neuroanatomy-groep van het Jülich Research Centre in Duitsland ontwikkelde de computer die gedetailleerde biologische modellen van de cortex kan ondersteunen en het verwerken van informatie van de zintuigen. Het uiteindelijke doel van het onderzoek met dit systeem is het ontwikkelen van een computer die grote, gedetailleerde neurale netwerken snel kan nabootsen bij een laag energieverbruik. Uiteindelijk moet dit zorgen voor beter begrijpen van hoe problemen in het menselijk brein kunnen ontstaan, zoals alzheimer en epilepsie. Maar ook betere robots en dergelijke.
Spinnaker kan 0,3 miljard synapsen of verbindingen simuleren als er meerdere Spinnaker-borden worden gekoppeld. Dat is nauwelijks een procent van het aantal verbindingen dat een menselijk brein kan leggen met zo’n honderd miljard hersencellen. Daarnaast is de simulatie heel langzaam in vergelijking met hoe snel een brein van een zoogdier informatie verwerkt. De huidige supercomputers hebben enkele minuten nodig om een seconde realtime informatie te verwerken. Dit betekent dat om processen in het brein te simuleren je uren tot dagen nodig hebt, waardoor realtime onderzoek op dit moment nog onmogelijk is.
Hoofdonderzoeker Sacha van Abada zegt dat het momenteel onduidelijk is welke computerarchitectuur het best is om de neurale netwerken van het brein te bestuderen. Het is vooral het enorme verschil in energieconsumptie tussen de hersens van een zoogdier en de hoeveelheid die een supercomputer nodig heeft om neuromorphische berekeningen uit te voeren.
Duur
Spinnaker moet uit een half miljoen simpele rekeneenheden gaan bestaan die door eigen software worden aangestuurd. Om de juistheid, energie-efficiëntie en snelheid te testen, gebruikten de onderzoekers high performance computing met speciale breinsimulatiesoftware Nest
De testopstelling bestond uit zes Spinnaker-borden en had daarmee een rekenkracht van slechts een procent van het uiteindelijke doel, namelijk zeshonderd borden koppelen met vijfhonderdduizend kleine processors. Het ontwikkelen van zo veel borden is duur, waardoor eerst door middel van simulaties onderzocht wordt of men op de goede weg zit.
