最近、北京大学と中国科学院が共同で開発した世界初の人間の脳の反応速度にマッチするチップが誕生しました。この成果は、脳-機械インターフェースによるリアルタイムで遅延のない神経信号の解読を実現するための重要な支援を提供します。
新しいチップ技術が脳-機械インターフェースの発展を促進
脳のモデリングにおける計算速度と精度は、脳-機械インターフェース、手術ナビゲーション、医療画像などのシーンのリアルタイムアプリケーションの効果に直接影響します。従来のハードウェアは計算能力においてボトルネックが存在し、高い時間コストとエネルギー消費を伴うことが多いです。このチップは40ナノメートルプロセスで製造され、内部計算と電導ドリフトアレイを利用して実現されており、面積はわずか0.28平方ミリメートルで、計算遅延は10ミリ秒未満です。大脳皮質の表面再構築タスクにおいて、その速度はNVIDIA A100 GPUに対して最大478倍向上し、同時にエネルギー消費も大幅に減少しました。
研究チームはこのチップを利用して大脳の白質と灰質の表面を成功裏に再構築し、その高精度の脳モデリング能力を検証しました。この突破口は、複雑な神経計算を遅いオフラインモードからミリ秒レベルのオンラインモードに進め、脳-機械インターフェースのリアルタイムアプリケーションにおける重要な障害を取り除きました。
技術的原理から見ると、内部計算アーキテクチャは従来のフォン・ノイマンアーキテクチャにおけるデータがプロセッサとメモリの間で頻繁に移動するボトルネックを打破し、電導ドリフトアレイは神経信号の効率的な並列処理を実現しました。0.28平方ミリメートルのチップ面積は、このチップが非常に高い集積度を持っていることを意味し、将来の植込み型脳-機械インターフェースデバイスの小型化を可能にします。10ミリ秒未満の計算遅延は、人間の脳の神経信号の処理速度と同じオーダーにあり、リアルタイムのデコードとフィードバックを可能にします。
この技術の応用の展望は広範
応用の展望に関して、この技術は将来的に多くの分野に拡張可能です。脳-機械インターフェースは最も直接的な恩恵を受けるもので、リアルタイムで遅延のない神経信号の解読は、人間と機械の相互作用の自然さと反応速度を大幅に向上させます。脳のデジタルツイン分野では、このチップがサポートするミリ秒レベルのモデリング能力は、より正確で動的な脳機能シミュレーションシステムの構築に寄与します。リアルタイム手術ナビゲーションにおいては、迅速な脳構造の再構築が神経外科手術に即時の画像ガイダンスを提供します。疾病研究の面では、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患のメカニズム研究や早期診断も、リアルタイム脳モデリング技術の進歩によって新しいツールを得ることができます。