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 最先端の人工知能分野で活躍する人にとって、コンピューターで脳の活動をシミュレーションすることは極めて難しい課題である。しかし、コンピューターを脳のハードウェアと同じように設計できれば、それも容易になるかもしれない。

 これを試みる新しい分野のことを「神経形態学的コンピューティング(neuromorphic computing)」という。

 そして米マサチューセッツ工科大学(MIT)のエンジニアたちは大きなハードルを越えたのかもしれない。人工シナプスを持つチップを設計したのだ。
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人間の脳の神経細胞の活動とコンピューターを比較


 現時点で、人間の脳はいかなるコンピューターにも勝る性能を備えている。脳は800億もの神経細胞とそれらを結合する100兆を超えるシナプスを持ち、信号の流れを制御している。

 一方、コンピューターチップは「バイナリー」という言語シグナルを伝達することで機能する。そこでは、あらゆる情報が1と0、すなわちオンとオフという状態で記録されている。

 両者の違いを比較するために、2013年にスーパーコンピューターを利用したある実験が実施された。

 理化学研究所の「」は、82,944個のプロセッサーとペタバイトのメインメモリーを搭載する、当時のデスクトップPC25万台に相当する性能を誇るスーパーコンピューターだ。

 その京は、10.4兆のシナプスが結合された17億3000万の神経細胞が1秒間に行う活動をシミュレートするために40分を要した。ちなみに、この脳の活動は膨大な量に思えるが、人間の脳のわずか1パーセント分に過ぎない。

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ハードルを越えた人工シナプス


 もしチップがシナプス的な結合を利用するなら、コンピューターが利用できる信号の種類はずっと多くなり、シナプスのような学習が可能になる。

 シナプスは脳内に伝達される信号を仲介し、神経細胞はその数とシナプス間を流れるイオンの種類に応じて発火する。これは脳によるパターン認識、事実の記憶、課題の遂行といった作業を手助けする。

 これまでそれを人工的に再現することは困難であった。しかしMITの研究者が設計したチップは、シリコンゲルマニウムでできた人工シナプスを搭載しており、そこを流れる電流の強弱を、神経細胞がイオンを調整するのと同じように、正確にコントロールすることができる。

 従来の神経形態学的チップは、2枚の導電層がシナプスのように振る舞う”スイッチ媒体”としての非晶質で区分されるという構造をしていた。

 スイッチがオンになると、媒体をイオンが流れ、導電フィラメントを作り出し、シナプス荷重(2つの神経細胞間の信号の強弱)が再現される。

 しかしこのやり方は、ガイドとなる明確な構造がないため、信号は無限の経路を持ってしまう。そのためにチップの性能が安定せず、予測しにくいものとなる。

 「人工神経細胞にデータとしての電圧をかけたら、それをまったく同じように消去し、書き換えられねばなりません。非晶質固体の場合、再度書き込むと、いくつもの欠陥のせいでイオンがいろいろな方向に向かってしまいます。この流れは変わりやすく、制御困難です。これが最大の難関でした」と研究者リーダーのジーワン・キム(Jeehwan Kim)博士は説明する。
 

シリコンゲルマニウムの格子で人間の神経細胞を模写


 その解決策として開発されたのがシリコンゲルマニウムの格子である。これはイオンが流れる1次元チャンネルを備えており、イオンは毎回まったく同じ経路を流れることができる。

 チップはこの格子を基に設計された。電圧をかえると、チップの全シナプスが変動率4パーセントというほぼ同じ電流を示す。

 またシナプスの1つ1つにも電圧を700回かけてテストし、変動率1パーセントという可能なものとしては最も一貫性のあるデバイスであることが確認された。

 その特性をシミュレーションすることでチップに実際の作業も行わせている。用いられたデータは、画像処理ソフトを訓練するためのMNIST手書きサンプル集だ。すると数万種の手書き数字を95パーセントの精度で認識することに成功した。なお既存のソフトウェアの精度は97パーセントである。

 今後は実際にチップを作成し、手書きサンプル認識作業に当たらせることになる。そして最終的な目標は携帯型ニューラルネットワークデバイスの開発だ。

 人間のようにふるまうヒューマノイドが誕生する未来はそう遠くないのかもしれない。

 この研究は『Nature Materials』に掲載された。

References:Engineers design artificial synapse for “brain-on-a-chip” hardware | MIT News/ written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 09:35
  • ID:rpeI8U450 #

物凄くサイエンスファンタジー!!
あれでしょ!ホルマリンに漬かった脳ミソと会話する未来

2

2. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 09:43
  • ID:VGJUdeGN0 #

日本は国を挙げて作るべきだな

3

3. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 10:33
  • ID:Rq.LYtaS0 #

これはディープラーニングに使う為のチップなんだろうな。最近はディープラーニング用ハードも色々売ってるし、この傾向はさらに広がりそうだ。
最近、AIについて人工知能学会(JSAI) のHPで分かりやすくまとめられてるのを見つけたよ。読んでおくとAIについてトンチンカンな事を言わずに済むかも。
・JSAIトップページ→リソース→What's AI→人工知能のFAQ

4

4. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 10:42
  • ID:j8kqP2Nu0 #

何言ってるのかちょっとわからないけど現代の科学は凄い領域まで来てるのだと色んなニュースから感じ取れるよな
技術特異点も夢物語じゃないのかもしれない

5

5. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 10:44
  • ID:Ywf6YC.O0 #

>この脳の活動は膨大な量に思えるが、人間の脳のわずか1パーセント分に過ぎない

現時点で1%なら、ムーアの法則的に考えればあと6~7年で人間を超えるな

6

6. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 11:08
  • ID:oD2r850W0 #

ところどころ機械翻訳みたいな酷い翻訳してるから
文章がバラバラでつながっていない箇所がある
文面を理解しながら翻訳しないとダメでしょ

7

7. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 11:13
  • ID:YMg2mKtb0 #

>今後は実際にチップを作成し
開発まだじゃねーか!

8

8. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 11:47
  • ID:xtFh0XSb0 #

ムーアの法則は限界があるからな

9

9. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 12:48
  • ID:YtqKYQo70 #

遂にザレムとクズ鉄街ができるのか

10

10. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 12:49
  • ID:YEySNyJU0 #

トンデモ本の世界で紹介された「脳倍」が実現しそうな勢いだな !

11

11. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 12:55
  • ID:xsu2aohz0 #

やばいよやばいよ

12

12. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 13:38
  • ID:MdzVyyIJ0 #

人口のものがいくら進歩しても、気象、政治が悪ければサイボーグでもない限り
不快なものだし、一人或いは一台では出来ることに限りある。鬼畜の考えは
バベルの塔インフレさ。つまらん記事

13

13. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 13:53
  • ID:Tefcc7wZ0 #

究極に人間っぽいことができるようになっちゃうね。

14

14. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 14:44
  • ID:2SSSprp40 #

ニューラルネットワークがいつの間にかディープラーニングって名前で流行ってAI扱いされるけど、学習サンプルが大量に素早く手に入るようになって商業に使えるようになったからなのかね。
AIでなんちゃらってのを見ると一昔前のなんでもマイコンってつける家電思い出すな。

15

15. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 15:17
  • ID:6sPStxMd0 #

歳とって脳細胞が減ってきたら
ちょっとずつコレに置き換えていこう(テセウスの船的な感じに)

16

16. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 15:37
  • ID:Q4558XFf0 #

でも人間がバカなのはナゼなんだい?

17

17. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 16:08
  • ID:jXnOyD230 #

はい人類終わりましたサーセン

18

18. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 17:42
  • ID:xaf3dNcB0 #

ニューラルネットワークを本当に再現しようと思ったら芸術家のセンスが必要になると思う。それが成功すれば、意識が発生するかもしれない。

19

19. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 17:59
  • ID:j4r6A2GV0 #

こんな研究進めて何になるんだ?
神の怒りに触れそう。

20

20. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 21:28
  • ID:N1P0cOIL0 #

昔読んだ小説であったなぁ

21

21. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 23:21
  • ID:.wq68U8M0 #

これがザレムの真実か

22

22. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 23:55
  • ID:847f6pHa0 #

たったこれだけのニュースで人類終わっちゃうとか言える人ってほんとすごい
そこまで先読みできるなら、人類を終わらせないためにはどうしたら良いのか教えてちょうだいな

23

23. 匿名処理班

  • 2018年02月04日 00:58
  • ID:FcH2YQSl0 #

Artificial Intelligenceに加えてSimulated Intelligenceという言葉を使ってほしい。
今よく言われているのは後者。ここにあるようなのやスカイネットが前者。

24

24. 匿名処理班

  • 2018年02月04日 08:12
  • ID:.fgeJ2vz0 #

これ、発熱がやべーんだよな

25

25. 匿名処理班

  • 2018年02月04日 14:07
  • ID:4v.jSHsW0 #

※2
でも日本は研究費用を他国と比べても全くといって出してないから、指くわえて眺めるだけになるだろうなー

26

26. 匿名処理班

  • 2018年02月04日 21:38
  • ID:.i9O7f1B0 #

交感神経と副交感神経も調節できるなら最高
ほとんどの病気が治るじゃない

27

27.

  • 2018年02月05日 11:05
  • ID:eGpTZ.0L0 #
28

28. 匿名処理班

  • 2018年02月05日 18:45
  • ID:SonujOcs0 #

※5
しかしムーアの法則はすでに適用不可能な時代なのですよ

29

29. 匿名処理班

  • 2018年02月06日 14:13
  • ID:vm0AIeJD0 #

アイザック・アシモフが好んで用いた陽電子頭脳が実現しつつあるな。人間好きでそそっかしいロボットに会うのが今から楽しみだ。

30

30. 匿名処理班

  • 2018年02月10日 18:24
  • ID:qfEER.gI0 #

やべえ、全然分からん
これハードウェア的な神経の模倣なんだよね?
それ動かすソフトみたいなのは既存のプログラミング的なものなの?
ニューラルネットとかディープラーニングってマシン上で動く
ものだよね。ソフトとハードでまったく違う話なのかな…

31

31. 匿名処理班

  • 2018年02月26日 13:46
  • ID:hxIhju.Q0 #

この科学の行き着いた先に訪れたのは

極々普通の人間の精製
太古の昔に宇宙人が人間を作ったのだ!と言う事実に…
みたいな話だったり

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