Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chips, die das Gehirn imitieren

23.07.2013
Neuartige Mikro-Chips imitieren die Informationsverarbeitung des Gehirns in Echtzeit.

Neuroinformatiker der Universität Zürich und ETH Zürich zeigen, wie komplexe kognitive Fähigkeiten in sogenannte neuromorphe Chips eingebaut werden können. Sie haben somit erstmals elektronische Systeme entwickelt, deren Funktionsweise mit jener eines echten Hirns vergleichbar sind.

Kein Computer arbeitet so effizient wie das menschliche Hirn. Ein künstliches Hirn zu bauen, ist denn auch das Ziel vieler Wissenschaftler. Neuroinformatikern der Universität Zürich und der ETH Zürich ist nun ein wichtiger Schritt in diese Richtung gelungen: Sie haben sogenannte neuromorphe Chips entwickelt, die die Informationsverarbeitung des Gehirns in elektronischen Schaltungen imitieren und damit sensorische Signale effizient in Echtzeit verarbeiten können. Mithilfe dieser Chips konnten sie Datenverarbeitungssysteme bauen, die kognitive Fähigkeiten besitzen.

Neuer Ansatz: biologische Neuronen nachbilden
Die meisten Ansätze der Neuroinformatik beschränken sich auf die Entwicklung virtueller Hirnmodelle auf herkömmlichen Computern, oder bezwecken, komplexe Nervennetze auf Supercomputern zu simulieren. Den Ansatz der Zürcher Forscher, elektronische Schaltungen zu entwickeln, deren Grösse und Energieverbrauch mit jenem echter Gehirne zu vergleichen ist, verfolgen nur wenige. «Unser Ziel ist es, die Informationsverarbeitung von biologischen Neuronen und Synapsen direkt auf Mikrochips nachzubilden», erklärt Giacomo Indiveri, Professor am Institut für Neuroinformatik der Universität Zürich und ETH Zürich.

Die grosse Herausforderung ist, Netzwerke aus künstlichen, also neuromorphen, Neuronen so zu konfigurieren, dass sie bestimmte Aufgaben ausführen können. Das haben die Forscher erreicht: Sie entwickelten ein neuromorphes System, das mit nur wenigen hundert Neuronen eine komplexe sensomotorische Aufgabe in Echtzeit ausführen konnte. Die Aufgabe erforderte ein Kurzzeitgedächtnis und kontextabhängige Entscheidungsfindung – typische Eigenschaften, die für Kognitionstests benötigt werden. Dabei verknüpfte Indiveris Team Verbunde neuromorpher Neuronen zu Netzwerken, die so genannte «Finite-State-Machines» implementierten. «Finite-State-Machines» sind ein mathematisches Konzept, um logische Abläufe oder Computerprogramme zu beschreiben. Ein Verhalten kann als «Finite-State-Machine» formuliert und somit automatisiert auf die neuromorphe Hardware übertragen werden. «Die Verbindungsmuster ähneln dabei stark Strukturen, die sich auch in Gehirnen von Säugetieren finden», so Indiveri.

Chips lassen sich für beliebige Verhaltensweisen konfigurieren
Die Wissenschaftler zeigen somit erstmals, wie mit neuromorphen Mikro-Chips ein Echtzeit-Datenverarbeitungssystem gebaut werden kann, dessen Verhalten der Benutzer vorgibt. «Dank unserer Methode lassen sich neuromorphe Chips für beliebige Verhaltensweisen konfigurieren. Unsere Ergebnisse sind grundlegend für die Entwicklung neuer hirn-inspirierter Technologien», resümiert Indiveri. Eine Anwendung wäre beispielsweise, die Chips mit sensorischen neuromorphen Bauteilen wie einer künstlichen Hörschnecke oder Netzhaut zu kombinieren, wodurch komplexe kognitive Systeme entstünden, die in Echtzeit mit ihrer Umgebung interagierten.
Literatur:
E. Neftci, J. Binas, U. Rutishauser, E. Chicca, G. Indiveri, R. J. Douglas. Synthesizing Cognition in Neuromorphic VLSI Systems. PNAS. July 22, 2013. Doi:10.1073/pnas.0709640104
Kontakt:
Prof. Giacomo Indiveri
Institut für Neuroinformatik
Universität Zürich / ETH Zürich
Tel. +41 44 635 30 24
E-Mail: giacomo.indiveri@ini.phys.ethz.ch

Nathalie Huber | Universität Zürich
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise