神經(jīng)科學(xué)算法有助設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)
大腦可能是最高效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。最近，美國(guó)卡內(nèi)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(shè)計(jì)的“大腦剪除”新算法。模擬分析表明，據(jù)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(wěn)定。相關(guān)論文發(fā)表在近期《公共科學(xué)圖書(shū)館?計(jì)算生物學(xué)》雜志上。
在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化方面，分布式計(jì)算機(jī)、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?jiǎng)?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(shù)量，隨著年齡增長(zhǎng)，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(jì)算機(jī)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(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，研究人員觀(guān)察了小鼠體覺(jué)皮層模型生長(zhǎng)的過(guò)程。他們先確定了形成突觸的數(shù)量，隨后發(fā)現(xiàn)在早期發(fā)育階段這些突觸被迅速剪除，隨著時(shí)間推移，剪除的速度越來(lái)越慢。
卡內(nèi)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(fèi)，但在某些情況下，這種過(guò)程同樣有利。”在用“剪除法”構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中，信息流更加直接，信息要到達(dá)同一個(gè)終點(diǎn)可以有多條路徑，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)最小。
索爾克研究所副教授薩基特?那維拉卡用美國(guó)交通部的飛行數(shù)據(jù)測(cè)試了這一算法，發(fā)現(xiàn)用該算法生成的網(wǎng)絡(luò)最高效穩(wěn)定。但他指出：“用這種算法來(lái)構(gòu)建有很多基礎(chǔ)設(shè)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(dǎo)網(wǎng)絡(luò)形成，則是一種有價(jià)值的自適應(yīng)方法。”
“這種高級(jí)算法解釋了神經(jīng)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的算法。”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的艾利森?巴斯說(shuō)，“在計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師構(gòu)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(guó)科技網(wǎng)
