神經(jīng)科學(xué)算法有助設計高效穩定網(wǎng)絡(luò )

    大腦可能是最高效穩定的網(wǎng)絡(luò )。最近，美國卡內基梅隆大學(xué)和索爾克生物研究所合作，首次確定了大腦在早期發(fā)育階段剪除不需要的神經(jīng)元連接的速度，籍此開(kāi)發(fā)出一種可用于網(wǎng)絡(luò )設計的“大腦剪除”新算法。模擬分析表明，據新算法生成的網(wǎng)絡(luò )比用目前工程方法生成的網(wǎng)絡(luò )更加高效穩定。相關(guān)論文發(fā)表在近期《公共科學(xué)圖書(shū)館?計算生物學(xué)》雜志上。

    在實(shí)現最優(yōu)化方面，分布式計算機、傳感器網(wǎng)絡(luò )與腦網(wǎng)絡(luò )所用的途徑截然不同。人腦神經(jīng)元創(chuàng )造網(wǎng)絡(luò )是個(gè)“剪除”過(guò)程：從人出生到童年早期，腦神經(jīng)元形成大量突觸連接，超過(guò)了所需數量，隨著(zhù)年齡增長(cháng)，無(wú)用的連接會(huì )被迅速“剪除”。人成熟時(shí)的突觸連接比兒童高峰期要少50%至60%。而計算機科學(xué)和工程網(wǎng)絡(luò )恰好相反，最初只有少量連接，然后按需增加。

    據物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，研究人員觀(guān)察了小鼠體覺(jué)皮層模型生長(cháng)的過(guò)程。他們先確定了形成突觸的數量，隨后發(fā)現在早期發(fā)育階段這些突觸被迅速剪除，隨著(zhù)時(shí)間推移，剪除的速度越來(lái)越慢。

    卡內基梅隆大學(xué)副教授茲伍?巴-約瑟夫說(shuō)：“你可能覺(jué)得用‘剪除法’開(kāi)發(fā)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )會(huì )很浪費，但在某些情況下，這種過(guò)程同樣有利。”在用“剪除法”構建的網(wǎng)絡(luò )中，信息流更加直接，信息要到達同一個(gè)終點(diǎn)可以有多條路徑，網(wǎng)絡(luò )出現故障的風(fēng)險最小。

    索爾克研究所副教授薩基特?那維拉卡用美國交通部的飛行數據測試了這一算法，發(fā)現用該算法生成的網(wǎng)絡(luò )最高效穩定。但他指出：“用這種算法來(lái)構建有很多基礎設施的網(wǎng)絡(luò )如管道，是不符合成本效益的。如果在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和傳感網(wǎng)絡(luò )中用于指導網(wǎng)絡(luò )形成，則是一種有價(jià)值的自適應方法。”

    “這種高級算法解釋了神經(jīng)結構在發(fā)育階段是怎樣形成的，在該算法的啟發(fā)下我們開(kāi)發(fā)了用于工程網(wǎng)絡(luò )設計的算法。”卡內基梅隆大學(xué)的艾利森?巴斯說(shuō)，“在計算機科學(xué)家和工程師構建網(wǎng)絡(luò )時(shí)，基于神經(jīng)科學(xué)的方法可能為他們帶來(lái)一些新思路。”

    摘自 中國科技網(wǎng)