Neue Chips arbeiten mit künstlichen Neuronen

Neuartige Chips imitieren die Informationsverarbeitung des Gehirns in Echtzeit. Entwickelt wurden die Bauelemente von Neuroinformatikern der Universität Zürich und ETH Zürich. Deren Versuche sollen 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. Denn kein Computer arbeitet bisher so effizient wie das menschliche Gehirn.

Ein künstliches Hirn zu bauen, ist denn auch das Ziel vieler Wissenschaftler. Mit Hilfe der neuen Chips konnten nun Datenverarbeitungssysteme gebaut werden, die kognitive Fähigkeiten besitzen. Die meisten Ansätze der Neuroinformatik beschränkten sich bisher 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, verfolgten nur wenige.

"Unser Ziel ist es, die Informationsverarbeitung von biologischen Neuronen und Synapsen direkt auf Mikrochips nachzubilden", erklärte Giacomo Indiveri, Professor für Neuroinformatik. Die grosse Herausforderung dabei ist es, Netzwerke aus künstlichen Neuronen so zu konfigurieren, dass sie bestimmte Aufgaben ausführen können.

Das haben die Forscher nach eigenen Angaben erreicht: Sie entwickelten ein 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 verknüpften die Forscher künstliche Neuronen zu Netzwerken.

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", so 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.