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機器與類器官混合計算系統(tǒng)誕生
发稿时间:2023-12-13 10:33   来源: 科技日報

  張夢然

  原標(biāo)題:機器與類器官混合計算系統(tǒng)誕生

  科技日報北京12月12日電 (記者張夢然)《自然·電子學(xué)》12日報告了一種由電子硬件和一個大腦類器官組成的混合計算系統(tǒng),可執(zhí)行如語音識別和非線性方程預(yù)測等任務(wù)。這一研究凸顯出一種方法,或可克服現(xiàn)有計算硬件的一些限制。

  近年來人工智能對算力的需求急劇增加。但隨著模型越來越復(fù)雜,運行它們的底層計算硬件的能效和性能卻難以跟上。為此研究者正在開發(fā)神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng),其受到人腦結(jié)構(gòu)功能的啟發(fā),可用于更高效地運行。

  大腦類器官是用人類多能干細胞人工培育而成的三維聚集體,會發(fā)育出類腦組織。在這項研究中,美國印第安納大學(xué)伯明頓分校科研團隊開發(fā)了一種混合神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng),部分是傳統(tǒng)計算硬件,部分是大腦類器官。

  這種類器官的特點是集合了不同類型的腦細胞,包括早期階段和成熟的神經(jīng)元,以及早期類腦結(jié)構(gòu)(如腦室區(qū))的發(fā)育,以形成、發(fā)揮和維持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能。

  類器官從電刺激得到輸入信號,經(jīng)神經(jīng)活動發(fā)送輸出信號。科研團隊將類器官與被稱為儲備池計算的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,這是一個動態(tài)物理存儲層,可根據(jù)一連串輸入信號捕捉和記憶信息,在輸入和輸出層則使用了普通計算硬件。

  研究表明,該系統(tǒng)能夠被用于語音識別。實驗中,混合計算系統(tǒng)需要從一個庫里的8個男性發(fā)音者中識別一個人的日語元音(使用了240段音頻剪輯),該系統(tǒng)經(jīng)訓(xùn)練改進后達到約78%的準確度。

  隨附的新聞與觀點文章表示,“隨著這些類器官系統(tǒng)的復(fù)雜性增加,對于學(xué)界而言,研究含有人類神經(jīng)組織的生物計算系統(tǒng)的相關(guān)諸多倫理問題變得相當(dāng)重要。創(chuàng)造出通用生物計算系統(tǒng)可能還要數(shù)十年,但這一研究有可能對學(xué)習(xí)、神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)退行性疾病的認知影響等機制產(chǎn)生基礎(chǔ)性的見解”。

  和人腦相比,硬件驅(qū)動的人工智能網(wǎng)絡(luò)的最大弱點就是耗能。大腦可以極低成本進行學(xué)習(xí)、處理信息、作出決策,但計算機不行。新系統(tǒng)由大腦類器官和電子硬件組成,能以較低耗能進行自適應(yīng)儲備計算。當(dāng)然,要大規(guī)模應(yīng)用這種系統(tǒng)仍存在挑戰(zhàn)。從近期來看,要解決制造類器官及保證其正常運行問題;從長期來看,涉及人類神經(jīng)系統(tǒng)的生物計算還有倫理問題需要厘清。



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