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神經(jīng)擬態(tài)計算的未來(lái)：英特爾高級研究科學(xué)家Nabil Imam闡釋神經(jīng)擬態(tài)計算 今天，《自然-機器智能》雜志報道了英特爾與美國康奈爾大學(xué)的科學(xué)家共同構建數學(xué)算法的研究成果。在研究人員的指導下，Loihi迅速掌握了10種不同氣味的神經(jīng)表征。 
英特爾研究院科學(xué)家Nabil Imam在位于美國加州圣克拉拉的神經(jīng)擬態(tài)計算實(shí)驗室中，手持一塊Loihi神經(jīng)擬態(tài)測試芯片。他和美國康奈爾大學(xué)的一個(gè)研究小組正在計算機芯片上構建數學(xué)算法，用于模擬人們聞到某種氣味時(shí)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的反應。（圖片來(lái)源：Walden Kirsch/英特爾公司） 英特爾研究院神經(jīng)擬態(tài)計算小組高級研究科學(xué)家Nabil Imam與美國康奈爾大學(xué)的嗅覺(jué)神經(jīng)生理學(xué)家展開(kāi)合作。擁有神經(jīng)擬態(tài)計算博士學(xué)位的Imam解釋說(shuō)：“康奈爾大學(xué)的研究人員負責研究動(dòng)物的生物嗅覺(jué)系統，并測量動(dòng)物聞到氣味時(shí)的腦電波活動(dòng)。我們根據這些電路圖與電脈沖，導出了一套算法并將其配置在神經(jīng)擬態(tài)芯片上，尤其是在我們的Loihi測試芯片上�！盠oihi是英特爾的神經(jīng)擬態(tài)計算芯片，可將在生物大腦中發(fā)現的計算原理應用于計算機架構之中。 首先，我們是如何識別氣味的：如果你拿起一個(gè)葡萄柚聞一聞，水果分子就會(huì )刺激鼻腔內的嗅覺(jué)細胞。鼻腔內的細胞會(huì )立即向你的大腦嗅覺(jué)系統發(fā)送信號，一組相互連接的神經(jīng)元中的電脈沖就會(huì )在這個(gè)嗅覺(jué)系統中產(chǎn)生嗅覺(jué)。無(wú)論聞到的是葡萄柚、玫瑰還是有害氣體，你大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )都會(huì )產(chǎn)生該物體特有的感覺(jué)。同樣，你的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)、回憶、情緒和決策都有各自的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，它們都以特定的方式進(jìn)行計算。 Loihi學(xué)習檢測復雜混合物的不同氣味：Imam和他的團隊采用了一個(gè)由72個(gè)化學(xué)傳感器活動(dòng)組成的數據集，可對一個(gè)風(fēng)洞實(shí)驗中循環(huán)的10種氣體物質(zhì)（氣味）作出反應。傳感器對各種氣味的反應被傳送至Loihi，由其芯片電路對嗅覺(jué)背后的大腦電路進(jìn)行模擬。Loihi芯片迅速掌握了10種氣味各自的神經(jīng)表征，其中包括丙酮、氨和甲烷，即使有強烈的環(huán)境干擾也能識別出這些氣味。雖然你家中的煙霧和一氧化碳探測器能使用傳感器來(lái)探測氣味，但它們無(wú)法對各種氣味進(jìn)行區分；雖然它們一旦探測到空氣中的有害分子時(shí)會(huì )發(fā)出警報，卻無(wú)法對其進(jìn)行智能分類(lèi)。 未來(lái)的應用：Imam表示，化學(xué)傳感領(lǐng)域多年來(lái)一直在尋找智能的、可靠的和快速響應的化學(xué)傳感處理系統，或者稱(chēng)之為“電子鼻系統”。他看到了搭載神經(jīng)擬態(tài)芯片的機器人在環(huán)境監測、危險物質(zhì)檢測以及在工廠(chǎng)質(zhì)量控制方面的應用潛力。此外，該系統還可應用于醫療診斷，因為患有某些疾病會(huì )散發(fā)出特定的氣味。另一個(gè)例子是，搭載神經(jīng)擬態(tài)芯片的機器人可應用于機場(chǎng)安檢區域，能夠更高效地識別危險物質(zhì)。 在未來(lái)加入更多感官：Imam表示，“我的下一步計劃，是將這種方法推廣到更廣泛的應用領(lǐng)域，包括從感官場(chǎng)景分析（理解你觀(guān)察到的各種物體之間的關(guān)系），到規劃和決策等抽象問(wèn)題。理解大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )如何解決這些復雜的計算問(wèn)題，將為設計高效、強大的機器智能提供重要啟示�！� 亟待克服的挑戰：Imam表示，嗅覺(jué)領(lǐng)域存在著(zhù)一些挑戰。當你走進(jìn)一家雜貨店時(shí)，可能會(huì )聞到草莓的氣味，但其氣味可能類(lèi)似于藍莓或香蕉的氣味，它們會(huì )在大腦中引發(fā)非常相似的神經(jīng)活動(dòng)模式。有時(shí)候，人類(lèi)甚至很難分辨出究竟是一種水果氣味還是多種香味的混合。當系統聞到來(lái)自意大利的草莓和來(lái)自加利福尼亞的草莓時(shí)可能會(huì )出錯，這兩種草莓可能有不同的香味，但需要歸為一類(lèi)。Imam表示：“這些是目前我們在研究嗅覺(jué)信號識別時(shí)面臨的挑戰，我們期待在未來(lái)幾年內解決這些問(wèn)題，這樣的產(chǎn)品才能解決現實(shí)世界的問(wèn)題，而不僅僅是解決在實(shí)驗室演示的實(shí)驗性問(wèn)題�！痹贗mam看來(lái)，自己從事的工作是“發(fā)生在神經(jīng)科學(xué)與人工智能技術(shù)交叉領(lǐng)域的當代研究典范”。 |
