Menselijke hersencellen drijven computer aan

In Eindhoven wordt gewerkt aan een computer die menselijke hersencellen combineert met silicium microchips. Doel is ‘s werelds eerste 'Brain-on-Chip AI-'computer te bouwen, die problemen in real-time en op een energiezuinige manier kan oplossen.

Het brein is niet alleen het meest intelligente computersysteem ooit, het is ook zeer energie-efficiënt. Het gebruikt vele malen minder energie dan traditionele computers, wat het aantrekkelijk maakt voor toekomstige duurzame computerhardware.

Een groep onderzoekers van de TU Eindhoven (TUE), onder leiding van Regina Luttge en Bert de Vries, herkent het revolutionaire potentieel van zo’n hybride computer.

Een dergelijke computer kan leiden tot de ontwikkeling van zeer zuinige draagbare devices, internet of things-apparaten, en geavanceerde controlesystemen voor artificiële intelligentie (ai)-technologieën.

De naam van dit ambitieuze project is BayesBrain, zo meldt de TUE op haar site, een verwijzing naar de Engelse achttiende-eeuwse statisticus Thomas Bayes. Zijn werk en naam zijn vervolgens gebruikt in Bayesian machine learning, een vakgebied waar De Vries zich al een aantal jaren mee bezighoudt.

Het ‘Brain’-gedeelte van de projectnaam komt van het menselijk brein. Maar waarom willen de onderzoekers een ai-computer maken met hersencellen die samenwerken met microprocessoren op basis van silicium? Onderzoeker Regina Luttge: ‘De onontkoombare waarheid is dat onze moderne computers te veel stroom verbruiken. Hersencellen verbruiken vele malen minder stroom. En nu onze computer-behoeften toenemen, hebben we behoefte aan duurzamere computers. Het bestuderen van hersencellen in deze context biedt een potentiële oplossing.’

Energieverbruik

Als deze aanpak kan worden opgeschaald, kan dat verstrekkende gevolgen hebben voor machine learning in de toekomst. Op dit moment brengt de training van sommige kunstmatige neurale netwerken door DeepMind en Google enorme kosten met zich mee, in geld en energie. De hersenen blinken uit qua energieverbruik.

In een reactief systeem zoals de hersenen besteden cellen nooit energie aan het doorgeven van berichten aan andere hersencellen, tenzij dit de nauwkeurigheid van de rekentaak verbetert. In een conventionele algoritmische aanpak van het rekenwerk daarentegen worden boodschappen hoe dan ook doorgegeven, zelfs wanneer zij de nauwkeurigheid van het resultaat niet verbeteren. Dit beïnvloedt de energie-efficiëntie dramatisch.

Geen 1-april-grap

De onderzoekers staan nog wel voor flinke uitdagingen zoals de ontwikkeling van een communicatie-interface die de rekenlast verdeelt tussen de menselijke hersencellen en de silicium-kant. Aan de hersen-kant worden ongeveer duizend menselijke hersencellen geplaatst. Om de cellen in leven te houden, krijgen ze water en voedingsstoffen. Ook is een incubatie-omgeving nodig om langere tijd gezond te blijven.

Luttge verwacht dat de cellen na ongeveer drie weken voldoende uitgerijpte neurale netwerken vormen. ‘Zodra de kleine neurale netwerken zich vormen en hervormen (een fenomeen dat neurale plasticiteit wordt genoemd), zullen de hersencellen klaar zijn om te ‘praten’ met de silicium-computer,’ zo besluit ze. De financiering van het project is al rond. De universiteit benadrukt dat van een publiciteitsstunt of 1 april-grap geen sprake is.