Reproduire le cerveau humain avec l'ordinateur neuromorphique SpiNNaker

L'informatique neuromorphique, un concept développé par le scientifique américain Carver Mead, qui décrit l'intégration à très grande échelle (VLSI) de circuits analogiques et numériques pour imiter l'architecture neurobiologique, a gagné quelques points de QI supplémentaires cette année. L'architecture de réseau de neurones impulsionnels (Spiking Neural Network Architecture), ou si vous n'arrivez pas à retenir un si long terme, la machine SpiNNaker a récemment été lancée pour la première fois avec son millionième cœur de processeur.

20 ans de fabrication

Après plus de 10 ans de fabrication et près de 20 ans depuis sa conception, la machine SpiNNaker est le bébé du programme de la faculté de science informatique de l'Université de Manchester et du professeur Steve Furber, qui a imaginé l'idée d'origine. Ce tout premier ordinateur neuromorphique est capable de modéliser plus de neurones biologiques en temps réel que toute autre machine actuelle, du moins parmi celles dont nous connaissons l'existence !

Comme vous pouvez l'imaginer, le processus de conception et de fabrication de cette machine unique n'était pas donné, avec plus de 15 millions de livres de financement dans les 20 dernières années par l'EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council, le conseil de recherches en ingénierie et en sciences physiques) et plus récemment par le HBP (Human Brain Project, le projet du cerveau humain) qui a aidé avec son design et sa conception.

Neurones biologiques

Un neurone biologique, parfois appelé neurone impulsionnel, est une forme de cellule cérébrale qui réside dans le système nerveux et communique en émettant des pics d'énergie électrochimique à travers leur membrane cellulaire. La machine SpiNNaker est unique en termes de fonctionnalité de calcul ; au lieu d'envoyer des données d'un point A à un point B dans un réseau régulier, elle envoie des milliards de petits paquets de données simultanément à plusieurs milliers de destinations différentes. Le SpiNNaker est l'ordinateur neuromorphique le plus efficace développé jusqu'ici qui a été spécifiquement conçu pour imiter l'architecture de communication parallèle du cerveau humain. C'est essentiellement un ordinateur qui fonctionne plus comme le cerveau humain que votre idée traditionnelle d'un ordinateur ne le pourra jamais.

Les créateurs de ce concept unique n'ont pas encore fini ; leur but est de continuer à l'étendre jusqu'à ce qu'ils puissent modéliser un milliard de neurones biologiques en temps réel. Cela ne risque peut-être pas d'arriver prochainement, mais ce neuro-ordinateur novateur est une étape importante pour se rapprocher de cet objectif. Pour offrir une certaine perspective concernant l'ampleur de la tâche à accomplir, le cerveau d'une souris se compose d'environ 100 millions de neurones, alors que le cerveau d'un humain moyen serait composé d'environ 100 milliards de neurones (je ne pense pas que quiconque les ait encore tous comptés !). Tous ces neurones sont interconnectés, avec environ un quadrillion de synapses, un chiffre presque impossible à imaginer.

Que pouvez-vous réellement faire avec ?

Quelle pourrait être l'utilité d'un ordinateur avec un million de cœurs de traitement qui peuvent imiter la façon dont le cerveau humain fonctionne ? L'une des raisons principales derrière le développement de cet ordinateur neuromorphique est d'aider les neuroscientifiques à comprendre comment le cerveau fonctionne, et il le fait en exécutant des simulations en temps réel extrêmement massives et complexes. Récemment, par exemple, le SpiNNaker, lorsqu'il n'avait que 500 000 processeurs, a été utilisé pour simuler le traitement en temps réel d'une série de réseaux de cerveaux isolés, y compris le modèle à quatre-vingt mille neurones d'une partie du cortex humain. Le cortex, présent à la surface du cerveau, est responsable de la réception et du traitement des informations des différents sens. Cet ordinateur plutôt intelligent démontre également ses capacités dans la lutte contre la maladie terrible de Parkinson en simulant une région du cerveau appelée le noyau gris central, que la maladie affecte notoirement. Ce qui est certain, c'est que cet appareil semble pouvoir offrir un grand potentiel pour explorer les fonctions et les troubles neurologiques de cette trempe, ce qui pourrait conduire à une meilleure compréhension scientifique et au traitement éventuel de certaines affections.

Un million de cœurs ? Et alors !

Il existe peut-être d'autres ordinateurs quelque part avec autant de processeurs, ou peut-être beaucoup plus que le SpiNNaker, mais ce qui rend cet ordinateur différent est l'infrastructure qui relie tous les processeurs ensemble. Le cerveau humain peut exciter des milliards de neurones et transmettre des signaux simultanément à des milliers de destinations différentes ; cette architecture de superordinateur neuromorphique soutient un niveau extrêmement élevé de communication de processeur à processeur, de manière très similaire au cerveau humain, ce dont les autres ordinateurs manquent simplement. Le SpiNNaker est apparemment capable de traiter 200 quadrillions d'actions simultanément, un chiffre vraiment impressionnant.

Le cerveau imité

Comment les fonctionnalités et les capacités du SpiNNaker se rapprochent-elles d'un vrai cerveau humain ? Le chemin est encore long avant de s'en approcher ; malgré ses spécifications stupéfiantes, le SpiNNaker ne présente toujours que seulement 1 % environ des capacités du cerveau humain moyen, et c'est probablement une estimation très optimiste de ses capacités actuelles. Pour le moment, autant que nous le sachions, imiter un cerveau humain dépasse les capacités de la science et de la technologie. Comme certains d'entre vous ont pu le remarquer, cette machine n'est pas trop différente en termes d'échelle des premiers ordinateurs de la taille d'une petite pièce il y a quelques décennies de cela, et qui pourraient à peine rivaliser aujourd'hui avec une calculatrice de poche. La technologie a l'habitude de faire des avancées soudaines et il se pourrait qu'un ordinateur neuromorphique tienne dans la paume de la main bien plus tôt que prévu. L'avenir nous le dira.

En savoir plus sur le projet SpiNNaker