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计算机科学家在芯片上模拟神经科学

发布：东莞
来源：东莞IT培训
时间：2021-06-08 11:27

计算机科学家在芯片上模拟神经科学

在科幻电影中，面对不是一个级别的 “外星科技”，人类科学家只能通过反向工程进行拆解研究，以期能获得零星收获。面对复杂的人类大脑，反向工程也成为破解出大脑运行策略，以及将其转换成可为机器所用算法的有效手段。

2017 年，神经科学家埃里克・乔纳斯(Eric Jonas)与康拉德・柯丁(Konrad Kording)决定在真正的计算机芯片上进行实验，运用数据分析方法进一步了解人脑。他们将分析大脑的技术应用于上个世纪 70 年代末 80 年代初的 MOS 6507 处理器，该处理器可以运行 “太空入侵者” 等游戏。

首先，通过扫描芯片上的 3510 个增强型晶体管获得芯片连接体，再在一台现代计算机上模拟该设备，包括运行 10 秒游戏程序。然后使用各种神经科学技术，模拟 “病变”(从仿真设备中删除晶体管)，分析虚拟晶体管的活动并研究其互联性。同时通过运行不同游戏，观察各种操作对系统行为的影响。

尽管部署了强大的分析工具，且能明确解释芯片的工作原理，但这项研究仍未能检测出芯片内部的信息处理层次结构。正如乔纳斯和柯丁所言，这些技术并不能对研究人脑产生 “有意义的理解”，所得出的结果较为悲观。

这一实验结果也表明，我们仍需重大理论突破才能在人脑研究领域取得进展。现有概念与分析工具仍无法解释人脑奥秘。但该模拟实验并非毫无意义，至少通过实验我们已经可以测试假设，并将模型与可精确操作的成熟系统相联系。

事实上，大脑与计算机的结构完全不同。2006 年，拉里・艾勃特 (Larry Abbott) 在《此设备的开关在哪里?》一文中称，他探索了电子设备中最基本组成部分(开关)的潜在生物物理基础。虽然抑制性突触可以通过让下游神经元失去反应而改变神经活动流向，但这种相互作用在大脑中较为少见。

神经元并非一个可以打开或关闭，并形成接线图的二进制开关。与此相反，神经元以类似方式做出反应，再随着刺激的变化而改变活动。神经系统主要通过改变大量单元组成的细胞网络激活模式来改变工作方式，其网络节点不是晶体管或电子管那样的稳定节点，而是成千上万组能随着时间推移对网络作出持续响应的神经元。

这是一个亟待解决的重要问题。大脑由神经元与其他细胞组成，在神经网络中相互作用，其活动不仅受突触活动影响，还与神经调节因子等多种因素有关。此外，人脑的功能也涉及神经元的复杂动态模式。

或许就在不久的将来，各种脑机实验将会取得突破性进展，理论家也将破解所有大脑功能并揭示其功能原理。

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