Foto: TrueNorth se puede utilizar para simular el procesamiento de una retina. Esta imagen muestra el disparo de neuronas virtuales en el sistema.

Para crear un ordenador tan potente como el cerebro humano, tal vez lo primero que tengamos que construir sea uno que funcione de forma más parecida a un cerebro. Recientemente, en la Conferencia Conjunta Internacional de Redes Neuronales celebrada en Dallas (EE.UU.), los investigadores de IBM dieron a conocer una arquitectura de ordenador radicalmente nueva y diseñada para poner ese objetivo a nuestro alcance. Usando simulaciones de enorme complejidad, han mostrado que la arquitectura, llamada TrueNorth, podría dar lugar a una nueva generación de máquinas que funcionen más como cerebros biológicos.

El anuncio se añade a los otros proyectos en curso de IBM en computación cognitiva. En 2011, el equipo de investigación lanzó chips de ordenador que utilizan una red de 'núcleos neurosinápticos' para gestionar la información de una manera que se asemeje al funcionamiento de las neuronas en un cerebro. Con TrueNorth, los investigadores demuestran una manera de utilizar esos chips para tareas específicas, y muestran que se podría utilizar el enfoque para construir, entre otras cosas, una retina artificial más eficiente e inspirada en la biología.

"No tiene sentido usar un lenguaje de programación de la época anterior y tratar de adaptarlo a una nueva arquitectura. Es como usar una clavija cuadrada en un agujero redondo", señaló Dharmendra S. Modha, investigador principal. "Hay que repensar la noción misma de lo que significa la programación".

En una serie de tres artículos publicados, el equipo de Modha detalla el sistema TrueNorth y sus posibles aplicaciones.

La mayoría de los ordenadores modernos se construyen con la arquitectura Von Neumann, con unidades separadas para almacenar la información y procesarla secuencialmente, y utilizan lenguajes de programación específicos para esa arquitectura. En su lugar, TrueNorth almacena y procesa información de una manera distribuida, en paralelo, al igual que las neuronas y las sinapsis en el cerebro.

El equipo de Modha también ha desarrollado un software que se ejecuta en un superordenador convencional, pero simula el funcionamiento de una red masiva de núcleos neurosinápticos, con 100 billones de sinapsis virtuales y 2 mil millones de núcleos neurosinápticos.

Cada núcleo del ordenador neurosináptico simulado contiene su propia red de 256 'neuronas', que funcionan usando un nuevo modelo matemático. En este modelo, las neuronas digitales imitan la naturaleza independiente de las neuronas biológicas, desarrollando diferentes tiempos de respuesta y patrones de disparo en respuesta a la entrada de las neuronas vecinas.

Los 'programas' se escriben con modelos especiales llamados corelets. Cada corelet especifica el funcionamiento básico de una red de núcleos neurosinápticos. Los corelets individuales se pueden conectar en estructuras cada vez más complejas, anidadas, según Modha, "como muñecas rusas".

TrueNorth viene con una biblioteca de 150 corelets prediseñados, cada uno para una tarea particular. Un corelet puede detectar el movimiento, por ejemplo, mientras que otro puede ordenar las imágenes por color. Con TrueNorth también se incluye un programa para ayudar a los académicos, y en última instancia a los clientes, a aprender a utilizar el sistema.

Karlheinz Meier, codirector del Proyecto Cerebro Humano de la Unión Europea, explica que TrueNorth no pretende ser un sustituto de los dispositivos existentes, sino una puerta de entrada a un nuevo mercado para la tecnología. Por ejemplo, se podría utilizar para resolver algunos problemas que involucren grandes volúmenes de datos y que el enfoque tradicional de Von Neumann no pueda desenredar.

"Si nos fijamos en cuál es la arquitectura que ya puede [resolver estos problemas] hoy día, esa arquitectura es el cerebro", afirma Meier. "Aprendemos de los datos. No tenemos algoritmos determinados. Somos capaces de hacer predicciones y relaciones causales, incluso en situaciones que nunca hemos visto antes".

Por ejemplo, los investigadores esperan poder utilizar TrueNorth para desarrollar sistemas tan potentes como la visión humana. El cerebro procesa más de un terabyte de datos visuales cada día, pero requiere poca energía para hacerlo. IBM e iniLabs, una empresa asociada en Zurich, planean involucrar a TrueNorth en el desarrollo de un sensor visual inspirado en la retina.

El equipo prevé que la tecnología pueda usarse algún día en máquinas cotidianas como teléfonos inteligentes y automóviles. Planean seguir perfeccionando el programa, que se deriva de un modelo básico del funcionamiento del cerebro y no se está restringido por las cuestiones persistentes acerca de cómo funciona realmente el cerebro.

"En este momento, no queremos más conocimientos de la neurociencia actual. No estamos limitados por ella", señala Modha. "Estamos ampliando los límites de lo que pueden hacer los ordenadores de forma eficiente".