هل الحواسيب المستوحاة من الدماغ ستعيد تعريف الرياضيات المعقدة؟

في خطوة قد تغير ملامح الحوسبة العلمية، أثبتت حواسيب مستوحاة من طريقة عمل الدماغ البشري قدرتها على حل معادلات رياضية معقدة، كانت سابقًا حكرًا على الحواسيب العملاقة التي تستهلك كميات هائلة من الطاقة.

الدراسة المنشورة في Nature Machine Intelligence توضح أن ما يُعرف بـ”الحوسبة العصبية” (Neuromorphic Computing) قادر على التعامل بكفاءة مع المعادلات التفاضلية الجزئية (PDEs)، وهي جوهر محاكاة الطقس، تدفق السوائل، الحقول الكهرومغناطيسية، وسلوك المواد تحت الضغط، بل وحتى بعض النماذج المرتبطة بالأمن القومي.

عادة، تتطلب هذه المعادلات قدرات حسابية ضخمة، ما يجعل مراكز الأبحاث تعتمد على حواسيب عملاقة تستهلك طاقة باهظة. لكن فريقًا من مختبرات سانديا الوطنية في الولايات المتحدة طوّر خوارزمية جديدة تسمح للعتاد العصبي—المصمم لمحاكاة الشبكات العصبية في الدماغ—بحل هذه المعادلات بكفاءة مذهلة.

ما يميز الحوسبة العصبية هو اختلافها الجذري عن الحواسيب التقليدية: فهي لا تعتمد على المعالجة الخطية المتسلسلة، بل على شبكة من “العُقد” تعمل بطريقة مشابهة للخلايا العصبية، ما يتيح معالجة متوازية وموفرة للطاقة.

وللوهلة الأولى، قد يبدو أن هذه الأنظمة مناسبة فقط للتعرف على الأنماط أو تطبيقات الذكاء الاصطناعي، لكن الدماغ البشري نفسه ينفذ حسابات معقدة في كل لحظة: من ضرب كرة تنس إلى توجيه الذراع لالتقاط جسم متحرك. الدماغ ينجز كل ذلك بكفاءة طاقية مذهلة مقارنة بأي حاسوب تقليدي.

الجديد في الدراسة هو اكتشاف رابط غير متوقع بين نموذج في علم الأعصاب الحاسوبي وصياغة رياضية للمعادلات التفاضلية الجزئية، وهو ارتباط لم يُكتشف طوال أكثر من عقد.

البعد الأكثر إثارة يتعلق بالطاقة: الحواسيب العملاقة الحالية، خاصة تلك المستخدمة لمحاكاة الأنظمة النووية أو المناخية، تستهلك كهرباء ضخمة. أما الحواسيب العصبية، فقد تتيح تنفيذ عمليات محاكاة مماثلة مع خفض استهلاك الطاقة، مما يفتح الباب أمام فكرة “الحاسوب العملاق العصبي”، جيل جديد من الأنظمة فائقة القدرة وأقل استنزافًا للموارد.

وليس بعد الطاقة فقط، بل يمكن لهذه الخوارزميات أيضًا أن تسهم في فهم أفضل لكيفية إجراء الدماغ للحسابات. يرى بعض الباحثين أن اضطرابات عصبية مثل ألزهايمر وباركنسون قد تكون مرتبطة جزئيًا بـ”اضطرابات في الحوسبة” داخل الدماغ، وفهم كيفية حل الدماغ للمعادلات قد يساعد في تطوير أدوات تشخيصية مستقبلية.

الحوسبة العصبية لا تزال مجالًا ناشئًا، لكن النتائج تمثل خطوة كبيرة لتوسيع استخداماتها خارج نطاق الذكاء الاصطناعي التقليدي. السؤال القادم: هل يمكن نقل خوارزميات رياضية أكثر تعقيدًا إلى هذه البنية العصبية بنفس النجاح؟

بين طموح بناء حواسيب عملاقة أكثر كفاءة، ومحاولة كشف أسرار الدماغ البشري، يبدو أن الخط الفاصل بين علوم الأعصاب والرياضيات التطبيقية والهندسة الحاسوبية أصبح أرق وأكثر إثارة من أي وقت مضى.