• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • W nowym projekcie unijnym informatycy czerpią inspirację z natury

    03.02.2010. 17:12
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, badają sposób, w jaki uczą się nasze mózgi, aby wykorzystać tę wiedzę w projektowaniu nowych komputerów. Projekt BRAIN-I-NETS (Nowatorskie modele uczenia się inspirowane mózgiem na potrzeby wielkoskalowych sieci neuronalnych) otrzymał 2 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Partnerzy projektu chcą czerpać inspirację z naturalnych procesów uczeniowych w mózgu, aby stworzyć następną generację maszyn, które będą w stanie samodzielnie myśleć i aktywnie nabywać wiedzę.

    "W odróżnieniu od współczesnych komputerów, mózg nie jest wyposażony w kompletne oprogramowanie, lecz dostosowuje nieustannie swoje funkcje i na nowo je przeprogramowuje" - wyjaśniają dr Wolfgang Maass i koordynator projektu dr Robert Legenstein z Instytutu Nauk Teoretycznych (IGI) przy Politechnice w Grazu, Austria. "Wiele z tych mechanizmów nie zostało jeszcze wyjaśnionych."

    Mózg człowieka jest zbudowany z miliardów komórek nerwowych, które są połączone ze sobą za pomocą synaps. Synapsy cały czas zmieniają się, a zjawisko to znane jest pod nazwą plastyczności synaptycznej. Plastyczność zapewnia mózgowi zdolność myślenia i uczenia się, stąd wielu informatyków zainteresowanych jest projektowaniem systemów komputerowych opartych na naturalnych sieciach neuronalnych.

    Jednakże wcześniejsze próby symulowania w ten sposób naturalnej zdolności mózgu do uczenia się nie były całkowicie udane, ponieważ naukowcom brakowało istotnych danych na temat sposobu, w jaki nasz mózg przyswaja nową wiedzę. "Mechanizmy uczeniowe funkcjonujące w mózgu wydają się być znacznie wydajniejsze i elastyczniejsze niż te, które są obecnie wykorzystywane w systemach komputerowych inspirowanych układem nerwowym" - stwierdzają partnerzy projektu.

    Niedawno nowe techniki neurologiczne umożliwiły naukowcom rozpoczęcie monitorowania in vivo, tego co się dzieje w uczącym się mózgu. Pierwsze wyniki tych eksperymentów wskazują, że zasady rządzące plastycznością synaptyczną trzeba będzie zrewidować.

    Partnerzy projektu BRAIN-I-NETS zbadają procesy zachodzące w mózgu w trakcie uczenia się, przeprowadzą analizę zasad rządzących tymi procesami i zastosują je w systemach komputerowych. Ostatecznym celem jest "opracowanie nowych zasad projektowania sprzętu w bardzo dużej skali cechującego się adaptacyjnością i rekonfigurowalnością, implementując nowe zasady uczeniowe inspirowane sieciami neuronalnymi in vivo".

    Wiele z narzędzi wykorzystywanych w projekcie BRAIN-I-NETS zostało opracowanych w ramach projektu FACETS (Szybkie analogowe techniki komputerowe z powstającymi stanami przejściowymi), który uzyskał dofinansowanie z Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Obok Politechniki w Grazu partnerami trzyletniego projektu BRAIN-I-NETS są Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) we Francji, Uniwersytet w Heidelbergu w Niemczech, Uniwersytet w Zurychu i École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii oraz University College w Londynie (UCL) w Wlk. Brytanii.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Głęboka stymulacja mózgu (ang. deep brain stimulation - DBS) – chirurgiczna metoda leczenia, polegająca na implantacji urządzenia zwanego rozrusznikiem mózgu, które wysyła impulsy elektryczne do określonej części mózgu. Implant mózgowy (ang. brain implant) - urządzenie techniczne łączące się bezpośrednio z mózgiem ludzkim lub zwierzęcym zwykle umieszczone na powierzchni mózgu lub podłączone do kory mózgowej (implantowane elektrody domózgowe). Obecnie badania neurobiologów i inżynierów biomedycznych koncentrują się na zbudowaniu takich implantów mózgowych, które byłyby zdolne zastąpić obszary mózgu uszkodzone po udarze lub urazie mózgowym. Obejmuje to także zastąpienie czynności uszkodzonych układów czuciowych, np. wzrokowego (proteza wzroku). Inne implanty mózgowe są wykorzystywane w doświadczeniach na zwierzętach w celu bezpośredniej rejestracji czynności elektrycznej mózgu dla celów naukowych. Niektóre implanty mózgowe umożliwiają stworzenie interfejsu pomiędzy układem nerwowym i układem scalonym komputera, co jest częścią szerszych badań nad interfejsami mózg-komputer. Projekt poznania ludzkiego cognomu (ang. Human Cognome Project) – zespół projektów badawczych mających na celu rozszyfrowanie działania ludzkiego mózgu. Nazwa cognom bierze się od łacińskiego cogito (myślę) i nawiązuje do nazwy genom. Cognom oznacza zespół cech określających sposób myślenia człowieka. Podstawowym założeniem projektu jest próba zrozumienia mózgu ludzkiego jako bardzo skomplikowanej maszyny. Naukowcy chcą odszyfrować sposób działania naszego umysłu podobnie, jak to się udało w Projekcie poznania ludzkiego genomu.

    Neuroplastyczność (plastyczność mózgu) – zdolność tkanki nerwowej do tworzenia nowych połączeń mających na celu zreorganizowania się, adaptacji, zmienności, samonaprawy, uczenia się i pamięci. Jest to powszechna cecha neuronów, występująca na wszystkich piętrach układu nerwowego. Blue Brain Project – projekt stworzenia wirtualnego mózgu poprzez symulację komputerową działania każdego neuronu. Został rozpoczęty w maju 2005 roku przez Politechnikę Federalną w Lozannie w Szwajcarii. Obecnie uczestniczy w nim kilka ośrodków w Hiszpanii, Wielkiej Brytanii, USA i Izraelu. Kierownikiem projektu jest Henry Markram.

    Interfejs mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) – interfejs pozwalający na bezpośrednią komunikację pomiędzy mózgiem a odpowiednim urządzeniem zewnętrznym. Celem badań nad interfejsem mózg-komputer jest usprawnienie lub naprawa ludzkich zmysłów albo czynności ruchowych. W komercyjnych celach technologia dostępna jest np. jako zamienniki joysticków. Urazowe uszkodzenie mózgu (j. ang. Traumatic brain injury, TBI) zwane również urazem wewnątrzczaszkowym występuje kiedy mózg doznaje urazu wskutek działania zewnętrznej siły. Uszkodzenia można klasyfikować ze względu na ostrość obrażeń, mechanizm powstania (zamknięte np. wskutek uderzenia, lub otwarte np. rana postrzałowa), lub inne czynniki (np. lokalizacje urazu bądź obszar obrażeń). Sformułowanie uraz głowy zwykle odnosi się do urazowego uszkodzenia mózgu. Jest to jednak pojęcie mające szersze znaczenie, ponieważ obejmuje także urazy innych organów niż mózg (np. skóry głowy, lub czaszki).

    W filozofii mózg w naczyniu (ang. brain in a vat, mózg w pojemniku, mózg w kadzi) – filozoficzny eksperyment myślowy pomyślany jako nowoczesna forma sceptycyzmu. Oryginalne brain in a vat pochodzi od filozofa Hilarego Putnama. Polega on na zamknięciu mózgu w naczyniu i podłączeniu go do aparatury stymulującej odbieranie bodźców. Aparatura ta (lub naukowiec za jej pośrednictwem) generuje doskonale spójne złudzenie istnienia osób, przedmiotów codziennego doświadczenia itd. (faktycznie jednak wszystkie doznania są następ­stwem impulsów elektrycznych wysyłanych przez komputer). Można pójść dalej i założyć, że wszyscy ludzie (albo i wszystkie organizmy zmysłowe) są mózgami (lub układami ner­wowymi) w naczyniach, podłączonymi do systemu generującego zbiorową halucynację (nadzorujący naukowiec nie jest konieczny – cały kosmos mógłby się składać z maszyn). Hipnopedia - uczenie się w czasie snu; sposób uczenia się oparty na założeniu, że w początkowej fazie snu mózg ludzki jest w stanie odbierać sygnały i magazynować werbalne informacje, które z kolei w ciągu dnia mogą być przedmiotem ponownego uczenia się i szybszego utrwalania. Nocne "lekcje" eksponuje się wiec w okresie od zaśnięcia do zapadnięcia w głęboki sen i przed obudzeniem się, tj.: w okresach "płytkiego" snu. Badania nad hipnopedią znajdują się dopiero w stadium pocztowym.

    Neurolingwistyka - nauka badająca mechanizmy nerwowe w obrębie ludzkiego mózgu, które kontrolują rozumienie i tworzenie wypowiedzi, a także akwizycję języka. Ze względu na swój multidyscyplinarny charakter, neurolingwistyka czerpie metodologię i teorię z wielu innych dziedzin nauki takich jak: neurobiologia (neuronauka), językoznawstwo, kognitywistyka, neuropsychologia czy informatyka. Duża część analiz neurolingwistycznych bazuje na psycholingwistyce i językoznawstwie ogólnym i skupia się na badaniu tego, w jaki sposób mózg jest w stanie przeprowadzać procesy, które zdaniem psycholingwistów i językoznawców ogólnych, są niezbędne do tworzenia i rozumienia wypowiedzi. Neurolingwiści badają fizjologiczne mechanizmy, za pomocą których mózg przetwarza informacje związane z językiem, a także teorie językoznawcze i psycholingwistyczne, wykorzystując afazjologię, neuroobrazowanie, elektrofizjologię, a także symulacje komputerowe.

    Matryca logiczna projektu - jest kompleksowym narzędziem stosowanym na etapie planowania działań projektowych, jak i późniejszego zarządzania realizacją projektu. W syntetyczny sposób przedstawia planowaną drogę realizacji i weryfikacji projektu. Formalnie została przejęta przez Komisję Europejską jako narzędzie ułatwiające projektowanie w 1992r. Niezależnie od rodzaju projektu dla którego matryca jest sporządzana zawiera ona zawsze elementy służące:

    Neurolingwistyka - nauka badająca mechanizmy nerwowe w obrębie ludzkiego mózgu, które kontrolują rozumienie i tworzenie wypowiedzi, a także akwizycję języka. Ze względu na swój multidyscyplinarny charakter, neurolingwistyka czerpie metodologię i teorię z wielu innych dziedzin nauki takich jak: neuronauka, językoznawstwo, kognitywistyka, neurobiologia, neuropsychologia, czy informatyka. Duża część analiz neurolingwistycznych bazuje na psycholingwistyce i językoznawstwie ogólnym, i skupia się na badaniu tego, w jaki sposób mózg jest w stanie przeprowadzać procesy, które zdaniem psycholingwistów i językoznawców ogólnych, są niezbędne do tworzenia i rozumienia wypowiedzi. Neurolingwiści badają fizjologiczne mechanizmy, za pomocą których mózg przetwarza informacje związane z językiem, a także teorie językoznawcze i psycholingwistyczne, wykorzystując afazjologię, neuroobrazowanie, elektrofizjologię, a także symulacje komputerowe. Na parametry projektu składają się: zakres projektu, koszt projektu i czas projektu. Parametry projektu określa się czasami mianem „magicznego trójkąta”.

    R. Douglas Fields, Doug Fields – amerykański neurolog, profesor neurobiologii i nauk kognitywnych w University of Maryland, College Park, kierownik Nervous System Development and Plasticity Section NICHD (NIH), badacz molekularnych mechanizmów rozwoju człowieka i funkcji systemu nerwowego, m.in. mechanizmów uczenia się i pamięci, w tym oddziaływań między neuronami i glejem, założyciel i naczelny redaktor czasopisma Neuron Glia Biology, autor popularnej książki The Other Brain: From Dementia to Schizophrenia, How New Discoveries about the Brain Are Revolutionizing Medicine and Science (Simon and Schuster 2009), wydanej w Polsce jako Drugi mózg. Rewolucja w nauce i medycynie (Prószyński i S-ka 2011). Upośledzenie zdolności niewerbalnego uczenia się (NLD, NVLD, Nonverbal Learning Disabilities) - zaburzenie uczenia się (właściwiej wada neurologiczna) przypominająca całościowe zaburzenie rozwoju, mająca podłoże najprawdopodobniej związane z zaburzonym funkcjonowaniem prawej półkuli mózgu lub uszkodzeniem istoty białej.

    Światowy Tydzień Mózgu, Tydzień Mózgu (ang. Brain Awareness Week) – święto mające na celu popularyzację wiedzy o mózgu i jego działaniu. Obchodzone 12-16 marca od 1996 pierwszy raz w Stanach Zjednoczonych (zapoczątkowane przez Dana Alliance for Brain Initiatives), a w Polsce od 1999 roku. Obchody są organizowane z inicjatywy Instytutu Nenckiego oraz wspierane przez Polskie Towarzystwo Badań Układu Nerwowego, Komitet Neurobiologii PAN i Stowarzyszenie na Rzecz Krzewienia Wiedzy o Mózgu DANA. Akcje edukacyjne odbywają się m.in. w Warszawie i Krakowie.

    Dodano: 03.02.2010. 17:12  


    Najnowsze