كشفت دراسة حديثة نُشرت في مجلة Nature Machine Intelligence عن قدرة الحواسيب العصبية الشكلية — المصممة لمحاكاة بنية الدماغ البشري — على حل المعادلات التفاضلية الجزئية (PDEs)، وهي من أعقد المعادلات الرياضية المستخدمة في النمذجة العلمية والهندسية.
الدراسة قادها العالمان براد ثيلمان وبراد أيمون من مختبرات سانديا الوطنية، حيث طورا خوارزمية جديدة تمكّن هذه الأنظمة من معالجة معادلات تُستخدم في نمذجة ظواهر مثل ديناميكيات السوائل، والمجالات الكهرومغناطيسية، والميكانيكا الهيكلية.
ما أهمية هذا الإنجاز؟
المعادلات التفاضلية الجزئية تُعد أساساً للتنبؤ بالطقس، ومحاكاة الأنظمة الفيزيائية المعقدة، وتحليل استجابة المواد للإجهاد. تقليدياً، يتطلب حلها حواسيب عملاقة تستهلك كميات هائلة من الطاقة.
لكن الحوسبة العصبية الشكلية تعمل بطريقة مختلفة، إذ تعالج المعلومات بأسلوب يحاكي آلية عمل الدماغ البشري، ما قد يسمح بأداء عمليات حسابية فائقة التعقيد بكفاءة طاقية أعلى بكثير.
يشير الباحثان إلى أن الدماغ البشري نفسه يُجري عمليات حسابية معقدة للغاية — مثل تنسيق الحركات الدقيقة أثناء ضرب كرة تنس — بتكلفة طاقة منخفضة جداً مقارنة بالحواسيب التقليدية.
تداعيات على الأمن القومي والطاقة
تم تمويل البحث من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، إضافة إلى برامج متقدمة في الحوسبة والمحاكاة. ويُتوقع أن يكون لهذا التطور أثر مباشر على الإدارة الوطنية للأمن النووي، التي تعتمد على الحواسيب العملاقة لمحاكاة أنظمة فيزيائية حساسة.
الحوسبة العصبية قد تتيح مستقبلاً تشغيل عمليات محاكاة واسعة النطاق باستهلاك طاقة أقل بكثير، دون التضحية بالأداء.
أبعاد علمية أعمق
لا يقتصر الإنجاز على الجانب الهندسي، بل يمتد إلى فهم أعمق لآلية عمل الدماغ. فالخوارزمية المطوّرة تحاكي الشبكات القشرية العصبية بدقة، وقد تكشف عن روابط جديدة بين علم الأعصاب والرياضيات التطبيقية.
ويرى الباحثون أن هذا النهج قد يساعد مستقبلاً في فهم الاضطرابات العصبية مثل:
- مرض الزهايمر
- مرض باركنسون
إذ تشير الفرضيات إلى أن بعض أمراض الدماغ قد تكون مرتبطة بخلل في العمليات الحسابية العصبية.
نحو حاسوب فائق عصبي الشكل
لا يزال المجال في بداياته، لكن هذه النتائج تمثل خطوة كبيرة نحو تطوير أول حاسوب فائق عصبي الشكل، يجمع بين الأداء العالي والكفاءة الطاقية.
ويأمل فريق سانديا أن يفتح هذا العمل الباب أمام تعاون أوسع بين علماء الأعصاب والرياضيات والمهندسين، لتطوير جيل جديد من أنظمة الحوسبة المستوحاة من الدماغ.
باختصار:
نحن أمام تحول محتمل في عالم الحوسبة — من آلات تستهلك طاقة هائلة إلى أنظمة تفكر بطريقة أقرب إلى الدماغ البشري، وأكثر كفاءة بكثير.
