Hány neuron van az agyban?

Ugyan nincs teljes egyetértés a tudósok között abban, hogy az emberi agy egészen pontosan hány idegsejtet is tartalmaz, de általában 100 milliárd körüli nagyságrenddel számolnak. A Vanderbilt Egyetem kutatója, Suzana Herculano-Houzel azonban ennél pontosabb számokat szeretett volna kapni, így belekezdett 15 évig tartó projektjébe, amelynek során mindenféle fajhoz tartozó agyakat gyűjtött, beleértve az emberi agyakat is, majd, elmondása szerint, levest csinált belőlük, hogy könnyebb legyen összeszámolni bennük a neuronokat. A korábbi módszerekkel ugyanis az volt a probléma, hogy egyszerre csak egy kis méretű régió idegsejtjeit vizsgálták, majd ezek mennyiségét kivetítették az agy egészére, pedig a különböző területek különböző mennyiségű idegsejtet tartalmaznak, így a mérések csak hozzávetőleges eredményt adtak.

Herculano-Houzel és csapata a kutatásai alatt arra jutott, hogy egy átlagos méretű agyban körülbelül 86 milliárd idegsejt található, amelyek mindegyike több száz vagy ezer szinapszissal rendelkezik. A szinapszisok a szomszédos sejtek közti kapcsolat megvalósításához szükségesek: a sejtek nem érnek közvetlenül egymáshoz, hanem egy kis távolság, a szimpatikus rés választja el őket egymástól és ezen keresztül zajlik az ingerület átvitele, tehát az információtovábbítás a neuronok között.

Neuromorfikus számítás

Az egész rendszer rendkívül összetett és bonyolult, de mégis nagyon gazdaságos módon működik, mivel az emberi agy nagyjából annyi energiát használ, mint egy hűtő belső világítását biztosító picike lámpa Sam Wang, a Princeton Egyetem neurológusa szerint. Ez nagyjából 15 Watt energiát jelent a teljes test 70 Wattos fogyasztásából, ami ugyan arányaiban soknak tűnhet, de így is jóval energiatakarékosabb, mint az ember által épített elektronikus számítási eszközök.

Az emberi agy működését utánzó neuromorfikus számítás egyik nagy előnye éppen az alacsony fogyasztású berendezések létrehozása lenne,

amelyek a szinapszisok módjára valósítják meg az adatközvetítést és a hagyományos módszerek helyett párhuzamos módon végzik az adatfeldolgozást.

Ezenfelül a neuromorfikus struktúrában egy helyben történik a memóriatárolás és a számítási feladatok elvégzése is, ez is csökkenti az energiafogyasztást, méghozzá nem is kevéssel, az Intel neuromorfikus Loihi chipjét használó Rutgers és a TU Delft tapasztalatai szerint a drónirányítás során a hagyományos GPU-khoz képest 75%-os energiamegtakarítást sikerült elérni vele. A neuromorfikus számítás azonban, noha az eredeti célja az emberi agy hatékonyságának utánzása volt, végül mégsem egészen az agy pontos működésén alapszik, mivel az túl komplex ahhoz, hogy le lehessen másolni.

Átmásolni az agyat

Legalábbis eddig így volt, de a Samsung most arra vállalkozott, hogy visszatér az alapokhoz és egészen közelről megfigyeli a neuronok tevékenységét, majd egy az egyben átmásolja chipekre. Ehhez a Harvard kutatói nyújtanak segítséget, akik a dél-koreai cég munkatársaival együtt olyan nanoelektróda eszközt fejlesztettek, amellyel lehetővé válik egyszerre nagy mennyiségű idegsejt aktivitásának rögzítése, ezzel pedig egy olyan részletes térkép létrehozása a sejtközi térről és az elektromos jelek erősségéről, amely minden eddiginél pontosabb képet ad az agy működéséről.

Ezeket az adatokat aztán átmásolják olyan a szilárdtestes memóriaeszközökre, például flashmemóriákra amelyeket az SSD meghajtókban is használunk a hétköznapokban, és ebből felépítik az agy pontos mását. A módszerrel nem csak egy sokkal hatékonyabb számítási eszközt lehet megalkotni, hanem az emberi agy még mindig rejtélyes felépítése is visszafejthetővé válik a cég elmondása szerint. Egy akadály áll csak az elképzelés útjába, mégpedig a neuronok nagy száma:

ahhoz, hogy 86 milliárd idegsejt minden egyes szinapszisát egy-egy memóriaegység reprezentálhassa, száz billió vagy annál is több memóriára van szükség.

A Samsungnak azonban arra is van ötlete, hogy ezt a problémát hogyan lehet megoldani: a 3D szerkezet kialakításával, amelyet már korábban is alkalmaztak többek között az X-Cube chipen, amelyen egymásra pakolták a hardver elemeket. Az agy másolásának terve nagyon ambiciózus ugyan, de ha sikerül megvalósítani, közelebb viheti a világot egy sokkal hatékonyabb és "okosabb" számítási technológia kifejlesztéséhez, amellyel még akár az autonómia és tudatosság is megjelenhet az eszközök működésben a kutatók szerint.

(Fotó: Samsung, Pixabay)

További cikkek a témában:

A jövő androidjainak is szüksége lesz egy kiadós alvásra, úgy mint az embereknek A Loihi chipet jelenleg is számtalan neuromorfikus számítással kapcsolatos kutatáshoz használják a tudósok szerte a világban, a jövőben pedig integrálhatják a Los Alamos kutatóintézet algoritmusával, amely az emberi alváshoz hasonló pihenési fázist testesíti meg a mesterséges agyak számára.
Hogyan működik egy neuron-hálózat, amiről a neurálisat mintázzák? A mesterséges neurális hálózat mesterséges idegsejtekből, azaz csomópontokból áll, és létrehozásakor alapvetően a létező, biológiai neuronhálózatokról mintázzák meg. De mi történik akkor, ha az említett biológiai neuronhálózat koncepcionális megértése eleve hibás?
Mini agy az agyban - emberi módon tanul, működik és emlékezik a számítógépes eszköz Hányszor hagyjuk el a kulcsunk, felejtjük el a neveket és keverünk össze adatokat az életünk során, mégis az emberi agy a leghatékonyabb és leggazdaságosabb számítási eszköz, amelyhez hasonlót még nem sikerült építeni. Működését azonban megpróbálják utánozni a legújabb tranzisztorokban.