Китайські вчені представили чип для миттєвого картування мозку під час операцій
Китайські дослідники розробили спеціалізований обчислювальний чип, здатний відтворювати складну структуру кори головного мозку менш ніж за 0,5 секунди. За словами авторів роботи, новинка виконує це завдання у 50–478 разів швидше, ніж системи на базі графічного процесора NVIDIA A100, що може суттєво прискорити медичну діагностику та нейрохірургію.
Про це повідомляє NNews із посиланням на Interesting Engineering та дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications.
Чому новий чип працює значно швидше
Розробку створили вчені з Пекінського університету та Китайської академії наук. В її основі лежить архітектура computing-in-memory, яка поєднує зберігання даних і їхню обробку безпосередньо в одному масиві пам’яті.
Традиційні комп’ютери постійно передають інформацію між пам’яттю та процесором, що створює затримки й збільшує енергоспоживання. Новий підхід практично усуває цю проблему, дозволяючи виконувати складні обчислення значно швидше.
Дослідники також використали властивість фазозмінних мемристорів, відому як conductance drift. Замість того щоб вважати її недоліком, вони перетворили цей ефект на інструмент для виконання нейродинамічних обчислень.
Нові можливості для медицини
Головний автор дослідження Ян Юйчао зазначає, що чип здатний точно реконструювати складки кори головного мозку в режимі, близькому до реального часу.
Це відкриває перспективи для:
- швидшої діагностики неврологічних захворювань;
- раннього виявлення хвороби Альцгеймера;
- роботи інтерфейсів «мозок-комп’ютер»;
- нейронавігації під час операцій;
- створення персоналізованих цифрових моделей людського мозку.
За словами розробників, у майбутньому технологія може стати основою для так званих цифрових двійників мозку, які допоможуть лікарям моделювати перебіг захворювань і підбирати індивідуальне лікування.
Чому реконструкція мозку така складна
Поверхня людського мозку має величезну кількість складок, що дозволяє розмістити мільярди нейронів у відносно компактному об’ємі черепа. Побудова точної тривимірної моделі цієї структури потребує аналізу великих масивів даних МРТ і значних обчислювальних ресурсів.
Саме через це реконструкція часто займає багато часу навіть на потужних графічних прискорювачах. Новий чип суттєво скорочує цей процес, що особливо важливо в клінічній практиці, коли рішення потрібно приймати оперативно.
Німецькі вчені також відзначили потенціал технології
Фахівці з Дослідницького центру Юліха в Німеччині порівняли новий підхід із переробкою молока безпосередньо на фермі замість його транспортування на завод. Така аналогія демонструє головну перевагу технології — виконання обчислень там, де вже знаходяться дані.
На їхню думку, система забезпечує високоточні розрахунки із затримкою на рівні мілісекунд і може знайти застосування не лише в медичній візуалізації, а й у робототехніці та системах штучного інтелекту.
Чому це важливо
Якщо технологія підтвердить свою ефективність у клінічних умовах, вона може значно прискорити аналіз медичних зображень, допомогти нейрохірургам під час складних операцій і зробити персоналізовану діагностику захворювань мозку набагато доступнішою. Крім того, розробка демонструє, що архітектура computing-in-memory поступово стає одним із найперспективніших напрямів розвитку спеціалізованих AI-чипів.
Цікавий факт: людська кора головного мозку, якби її повністю розгорнути, мала б площу приблизно 2 000–2 500 см² — майже як чотири аркуші паперу формату A4. Саме складна система її звивин робить реконструкцію настільки обчислювально затратною.
