NAC in hardware

Projeto NAC – entenda o que é visitando o site http://www.neuralassembly.org/

O projeto NAC visa ampliar conhecimento sobre processamento de informação em assembleias de neurônios em redes pulsadas. O projeto desta patente se encaixa de uma forma ampla em biomimética, inteligência artificial, neurocomputação, e sistemas de processamento digital de informações em FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) e SoC (systems on chip). A abordagem NAC investiga como grupos de neurônios (assembleias) executam representação, de dados informações e estados internamente, como executam processamento de tais informações, como tomam decisões, e como controlam o fluxo de informações para gerar comportamento. Assembleias neurais acontecem quando neurônios disparam conjuntamente em redes neurais pulsadas (RNP – ou spiking neural networks SNN) com retardo de propagação de potenciais de ação (biológicas) ou spike propagation delay (em RNP).

Até o momento, em artigos e teses, foram investigados e demonstrados os aspectos estáticos da abordagem NAC. O objetivo da patente e do projeto é introduzir novos componentes e examinar aspectos dinâmicos na abordagem NAC em hardware, tempo real. Na medida em que avançamos nos conceitos investigados a metodologia de simulação de NAC em Matlab torna-se por vezes ineficiente. A maior dificuldade está relacionada ao tempo gasto pelos computadores para gerar saídas, que é da ordem de minutos de processamento para alguns milissegundos simulados em NAC.

A fase atual da pesquisa NAC requer o avanço para uma nova etapa, que deverá focar em compreender aspectos dinâmicos das assembleias neurais que não podem ser facilmente simulados/observados em Matlab ou outro programa. Para isso, propomos a criação e a confecção de um sistema eletrônico totalmente digital utilizando FPGA e memórias para simular em hardware, real-time, vários neurônios pulsantes com modelos matemáticos diferentes. Nossa avaliação prévia é de 256 neurônios por conjunto de FPGA e memórias. Assim, uma estrutura de rede neural pulsada com retardo na propagação de spikes será criada para rodar em um sistema digital.

Resumo da patente  (BR 10 2014 014356 4):

A presente invenção refere-se a uma máquina em circuito eletrônico que processa informação por meio da interação entre assembleias de neurônios artificiais pulsados (neuroides), unidades discretas que realizam funções computacionais definidas e cujas funções de ativação geram pulsos (spikes). Neuroides são conectados em “nós” com pesos e atrasos na propagação dos spikes entre cada nó, imitando redes neurais biológicas. Esta máquina representa, processa e controla o fluxo de informações por meio de coalizões de neuroides que se formam em breves janelas de tempo. Interações entre coalizões podem executar: (1) funções lógicas, (2) memória biestável, (3) máquinas de estado e (4) algoritmos, (5) comparações e (6) tomadas de decisão, (7) além de alteração de comportamento (aprendizado). Essa é a base para construção de qualquer máquina inteligente que interage com o meio e adapta seu comportamento de acordo com a necessidade.

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