仿生计算机——计算机的未来之路

作者: 袁磊

今天的计算机已经可以做许多复杂的工作,人们对它的神奇功能惊叹不已。可是,假如有人说,现在的计算机还比不上普通的小虫聪明,你会相信吗?

事实的确是这样的。计算机对数学问题的计算、对系列指令的执行,可以说毫不费力,但在联想、理性决策以及适应新环境等方面,计算机却一筹莫展,它需要别人牵着鼻子才能干活。

怎样赋予计算机这种在动物身上普遍可见的功能,对这个问题的研究导致了一门交叉科学——生物学和计算机学——的出现和发展。生物学家相信,更精确地了解生物体内发生的事情,有助于保护物种和治病。而许多计算机专家也相信,这些研究可以帮助制造新一代计算机。这种计算机会和我们交谈,甚至还能精确预测几年后的天气变化。

科学家通过对一种蛔虫的研究,已掌握了它的神经活动过程。这种虫子的神经系统只有302个神经元(人有1万亿个神经元),但这条小虫子却比我们的计算机聪明得多。它在那么小的空间里竟容纳了巨大的计算能力,比等密度的奔腾Ⅱ芯片要强1000倍。虫子用它的计算能力觅食,而不是用来加加减减,它在神经元之间传递的信号比计算机要多得多,使用的模拟信号系统更快,能效更高。

目前,科学家还不清楚虫子怎么会有如此强大的“算法”,百万年漫长的进化使它们获得了这一“法宝”。神经科学家在弄清楚虫子的神经活动之后,绘制出了神经元信号,然后制成了一种仿虫机器,它的电路即是模仿神经元信号图。也许这是仿生计算机的雏形。仿虫机器能模仿虫子的“思维”和行为。不过虫子像其他生物一样,非常擅长一下子从不同的来源获得大量信息,在神经间传递并快速弄清楚其中的含义,而仿虫机器却怎么也学不会。虫子靠化学物质浓度的高低便可以找到食物,而仿生机器只能由光电元件带到光源处。

走出这一步虽说很不容易,但计算机与虫子相比,还是有些“自惭形秽”。计算机学家期待生物学家尽早揭开生物基础研究的有关秘密,弄清楚动物体内特殊的计算方式和行为法则,以便把生物系统处理信息的原理应用到电子系统,解开生物电信号语言的编码,把来自虫子的神经网络算法编入芯片。要是人类能尽早解决这一关键技术,制造出比虫子聪明的真正的仿生计算机的梦想不久便可以实现了。