هذه الحواسيب المستوحاة من الدماغ جيدة بشكل مثير للدهشة في الرياضيات

أظهر بحث جديد أن التقدم التكنولوجي يمكن أن يساعد في جعل أجهزة الكمبيوتر العملاقة المستقبلية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

تم تصميم أجهزة الكمبيوتر العصبية على غرار بنية الدماغ البشري، ويجد الباحثون أنها قادرة على معالجة المشكلات الرياضية الصعبة في قلب العديد من المجالات العلمية والهندسية.

وفي دراسة نشرت في ذكاء آلة الطبيعة, مختبرات سانديا الوطنية يقدم علماء الأعصاب الحسابي براد ثيلمان وبراد إيمون خوارزمية جديدة تسمح للأجهزة العصبية بحل المعادلات التفاضلية الجزئية، أو PDEs. تشكل هذه المعادلات الأساس الرياضي لوصف أنظمة مثل تدفق السوائل، والسلوك الكهرومغناطيسي، وقوة الهياكل الفيزيائية.

تظهر النتائج أن الأنظمة العصبية لا يمكنها حل هذه المعادلات فحسب، بل يمكنها القيام بذلك بكفاءة مثيرة للإعجاب. ووفقا للباحثين، فإن هذا التقدم يمكن أن يفتح الباب أمام أول حاسوب عملاق عصبي الشكل في العالم، مع آثار كبيرة على الحوسبة الموفرة للطاقة في الأمن القومي والتطبيقات الأخرى الصعبة.

نهج مستوحى من الدماغ للحوسبة العلمية

تلعب المعادلات التفاضلية الجزئية دورًا مركزيًا في نمذجة العالم الحقيقي، بدءًا من التنبؤ بالطقس وحتى التنبؤ بكيفية استجابة المواد للقوة. لقد تطلب حل هذه المعادلات تقليديًا قوة حاسوبية هائلة. تتخذ أجهزة الكمبيوتر العصبية مسارًا مختلفًا، باستخدام تصميمات الأجهزة التي تعكس بشكل أوثق الطريقة التي يتعامل بها الدماغ مع المعلومات.

وقال ثيلمان: “لقد بدأنا للتو في الحصول على أنظمة حسابية يمكنها إظهار سلوك شبيه بالذكاء. لكنها لا تشبه الدماغ إطلاقاً، وبصراحة فإن كمية الموارد التي تحتاجها أمر مثير للسخرية”.

لسنوات عديدة، كان يُعتقد أن الأنظمة العصبية هي الأنسب للتعرف على الأنماط أو لتسريع الشبكات العصبية الاصطناعية. توقع عدد قليل من الباحثين أن يكون أداؤها جيدًا في المسائل التي تتطلب الكثير من الرياضيات مثل أجهزة PDE، والتي عادة ما تكون مخصصة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية.

ومع ذلك، يرى إيمون وثيلمان أن النتائج هي امتداد طبيعي لكيفية عمل الدماغ. ويجادلون بأن الدماغ يقوم بشكل روتيني بإجراء حسابات معقدة، على الرغم من أن الناس نادرا ما يدركون ذلك.

قال إيمون: “اختر أي نوع من مهام التحكم الحركي – مثل ضرب كرة التنس أو تأرجح المضرب في لعبة البيسبول”. “هذه حسابات معقدة للغاية. إنها مسائل على مستوى الإكساسكيل وتستطيع أدمغتنا حلها بتكلفة زهيدة للغاية.”

كفاءة الطاقة للأمن القومي

ولهذا البحث آثار مهمة بالنسبة للإدارة الوطنية للأمن النووي، المسؤولة عن الحفاظ على الردع النووي للبلاد. عبر مجمع الأسلحة النووية، تستهلك أجهزة الكمبيوتر العملاقة كميات هائلة من الطاقة لمحاكاة الفيزياء المشاركة في الأنظمة النووية وغيرها من التقنيات الحيوية.

تشير الحوسبة العصبية إلى طريقة لخفض استخدام الطاقة مع الحفاظ على القدرة الحسابية. ومن خلال التعامل مع أجهزة PDE بكفاءة مستوحاة من الدماغ، تشير هذه الأنظمة إلى أنه يمكن إجراء عمليات محاكاة كبيرة ومعقدة في يوم من الأيام باستخدام طاقة أقل بكثير من أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية اليوم.

وقال إيمون: “يمكنك حل مشاكل فيزيائية حقيقية باستخدام حسابات تشبه الدماغ”. “هذا شيء لا تتوقعه لأن حدس الناس يسير في الاتجاه المعاكس. وفي الواقع، غالبًا ما يكون هذا الحدس خاطئًا.”

وقال الباحثون إنهم يتصورون مستقبلًا تلعب فيه أجهزة الكمبيوتر العملاقة ذات الشكل العصبي دورًا مركزيًا في مهمة سانديا للحفاظ على العالم آمنًا ومأمونًا.

نافذة على أسرار الدماغ

تثير أبحاثهم أيضًا أسئلة مثيرة للاهتمام حول طبيعة الذكاء والحساب. تحتفظ الخوارزمية التي طورها ثيلمان وأيمون بأوجه تشابه قوية مع بنية وديناميكيات الشبكات القشرية في الدماغ.

وقال ثيلمان: “لقد بنينا دائرتنا على نموذج معروف نسبياً في عالم علم الأعصاب الحسابي”. “لقد أظهرنا أن النموذج له ارتباط طبيعي ولكن غير واضح بأجهزة PDE، ولم يتم إنشاء هذا الارتباط حتى الآن – بعد مرور 12 عامًا على تقديم النموذج.”

يعتقد الباحثون أن الحوسبة العصبية يمكن أن تساعد في سد الفجوة بين علم الأعصاب والرياضيات التطبيقية، مما يقدم رؤى جديدة حول كيفية معالجة الدماغ للمعلومات.

قال إيمون: “أمراض الدماغ يمكن أن تكون أمراضًا حسابية”. “لكننا لا نمتلك فهمًا قويًا لكيفية إجراء الدماغ للحسابات حتى الآن.”

إذا كان حدسهم صحيحًا، فيمكن أن تقدم الحوسبة العصبية أدلة لفهم وعلاج الحالات العصبية بشكل أفضل مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

بناء مستقبل الحوسبة

في حين أن الحوسبة العصبية لا تزال في مراحلها الأولى، فإن أبحاث سانديا تضع الأساس للتطورات التحويلية. ويأمل الفريق أن يلهم عملهم التعاون مع علماء الرياضيات التطبيقية وعلماء الأعصاب والمهندسين لاستكشاف الإمكانات الكاملة لهذه التكنولوجيا.

“إذا أظهرنا بالفعل أنه يمكننا استيراد خوارزمية الرياضيات التطبيقية الأساسية نسبيًا ولكن الأساسية إلى الشكل العصبي – فهل هناك صيغة عصبية مقابلة لتقنيات الرياضيات التطبيقية الأكثر تقدمًا؟” قال ثيلمان.

ومع استمرار سانديا في تطوير الحوسبة العصبية، فإن الباحثين متفائلون بشأن قدرتها على معالجة بعض التحديات الأكثر إلحاحًا في العالم. وقال ثيلمان: “لقد بدأنا في فهم الأسئلة العلمية، ولكن لدينا أيضًا شيئًا يحل مشكلة حقيقية”.

المرجع: “حل مشاكل العناصر المحدودة المتفرقة على الأجهزة العصبية” بقلم برادلي إتش ثيلمان، وجيمس بي أيمون، 13 نوفمبر 2025، ذكاء آلة الطبيعة.
دوى: 10.1038/s42256-025-01143-2

تم دعم البحث من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة من خلال برامج أبحاث الحوسبة العلمية المتقدمة وبرامج علوم الطاقة الأساسية، وبرنامج المحاكاة والحوسبة المتقدم التابع لإدارة الأمن النووي الوطني.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.