Kas yra smegenys? Ar tai 1,5kg košės? O gal tai galingas superkompiuteris? Jau nuo seno žmonėms knieti atsakyti į šį klausimą. Ir, atrodo, šiame diodų ir tranzistorių amžiuje turime daug galimybių tą padaryti. Kompiuteriai, be kurių šiandien neišsiverčiame nei vienas, supaprastino daugelį darbų. Tačiau prie atsakymo nepriartėjome ir netgi panašu, kad vis tolstame nuo jo.
Šiek tiek biologijos. Mūsų smegenys sudarytos iš 100 000 000 000 (šimto milijardų) neuronų – smegenų ląstelių, bendraujančių viena su kita elektriniais signalais. Kiekvienas neuronas turi 10 000 sinapsių – jungčių tarp neuronų – su kitais neuronais. Vadinasi, mūsų smegenyse yra 1 000 000 000 000 000 (1015 arba priešdėlis peta) sinapsių. Nemažai? Jeigu sudėtume tokį kiekį neuronų vieną šalia kito, galėtume gauti 400 000 km ilgio „tiltą“. Juo nukeliautume į Mėnulį ir dar galėtume apeiti apie jį 4 kartus. Atsižvelgiant į tokį ląstelių kiekį žmogaus galvoje, galima nuspėti kokie preciziškai tikslūs turi būti atliekami tyrimai, norint pasitikėti gautais rezultatais.
Grįžkime prie kompiuterių. Palyginimui paskaičiuokime elementų kiekį mikroprocesoriuje. Pasirinkime galingą Xbox 360 žaidimų konsolės mikroprocesorių Xenon. Jo dydis yra ~ 5,3 x 5,3 cm. Šiame plotelyje telpa 165 000 000 (165 milijonai) tranzistorių – pagrindinis procesoriaus elementas, stiprinantis ar nukreipiantis elektrinius signalus. Šis mikroprocesorius gali pasiekti 3,2 GHz darbinį dažnį (arba 38 GFLOPS – 38 ∙ 109 slenkančio taško operacijų per sekundę). Įdomumo dėlei verta paminėti, jog žmogaus smegenys veikia 1680 GHZ (t.y. 20 petaFLOPS – 20 ∙ 1015) darbiniu dažniu.
Šiokį tokį priartėjimą jau turime. Tai – superkompiuteriai. 2010 metais Kinijoje esantis Tianhe-I (išvertus „Paukščių takas Nr. 1“) pasiekė 2,566 petaFLOPS greitį. Pagrindinės ypatybės superkompiuterius paverčiančios superkompiuteriais yra operacijų atlikimas tuo pačiu metu – lygiagrečiai. Tai taip pat yra viena svarbiausių smegenų savybių – vienu metu mes ne tik kažką galvojame, bet tuo pačiu metu ir vaikštome, kalbame, kvėpuojame, virškiname ir atliekame dar begalę funkcijų, apie kurias net nesusimąstome. Taigi, superkompiuteriai įgalino mus atlikti daugybę anksčiau neįgyvendintų darbų – kvantinės fizikos skaičiavimai, orų prognozės, molekuliniai modeliavimai, vėjo tunelių simuliacijos ir t.t. Tačiau šios priemonės nėra labai plačiai naudojamos ir dėl savo išlaikymo kaštų. Superkompiuteriai naudoja didelį kiekį elektros energijos, kurią dažniausiai paverčia į šilumą, kuri reikalauja aušinimo (pvz. Tianhe-I per metus sunaudoja elektros energijos už 3,5 milijonų dolerių). Nenuostabu, jog ir žmogaus smegenys yra daugiausiai energijos reikalaujantis organas. Taip pat, kadangi signalai negali būti perduodami didesniu nei šviesos greičiu, superkompiuteriuose, kurie dažniausiai užima salės dydžio kambarius, atsiranda mikrosekundžių vėlinimai. Dar vienas labai svarbus aspektas yra sugeneruojamas duomenų kiekis, kurį reikia ne tik sukaupti, bet ir pajėgti išanalizuoti.
Blue Brain projektas, naudojantis IBM Blue Gene superkompiuterį, užsibrėžė tikslą atkurti žmogaus smegenis iki molekulinio lygio. 2007 metais Blue Brain superkompiuteris atliko mikrokolonėlės, sudarytos iš 60 000 neuronų, simuliacijas. Buvo atlikta 10 sekundžių realios smegenų veiklos mikrokolonėlėje, tačiau veikimo greitis buvo 10 kartų mažesnis nei realybėje. Žmogaus smegenys yra sudarytos iš maždaug vieno milijono tokių mikrokolonėlių. Blue Brain projekto direktorius 2009 metais yra pasakęs, jog visiškai pilnai atkurti žmogaus didžiųjų pusrutulių veiklą galės per dešimt metų.
Taigi, ar aiškinimasis, kas yra smegenys, padės mums sukurti neregėtų galimybių turinčius kompiuterius? O gal atvirkščiai – siekdami sukurti tokius kompiuterius galėsime atsakyti, kas gi vis tik yra smegenys?
Giedrė Slivko, VDU Informatikos fakulteto doktorantė