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資訊頻道 神經(jīng)科學(xué)算法有助設(shè)計高效穩(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，籍此開發(fā)出一種可用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的“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)圖書館?計算生物學(xué)》雜志上。
在實現(xiàn)最優(yōu)化方面，分布式計算機(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)元創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)是個“剪除”過程：從人出生到童年早期，腦神經(jīng)元形成大量突觸連接，超過了所需數(shù)量，隨著年齡增長，無用的連接會被迅速“剪除”。人成熟時的突觸連接比兒童高峰期要少50%至60%。而計算機(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)報道，研究人員觀察了小鼠體覺皮層模型生長的過程。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，隨著時間推移，剪除的速度越來越慢。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)副教授茲伍?巴-約瑟夫說：“你可能覺得用‘剪除法’開發(fā)一個網(wǎng)絡(luò)會很浪費，但在某些情況下，這種過程同樣有利。”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)同一個終點可以有多條路徑，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的風(fēng)險最小。
索爾克研究所副教授薩基特?那維拉卡用美國交通部的飛行數(shù)據(jù)測試了這一算法，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。如果在無線網(wǎng)絡(luò)和傳感網(wǎng)絡(luò)中用于指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)形成，則是一種有價值的自適應(yīng)方法。”
“這種高級算法解釋了神經(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)下我們開發(fā)了用于工程網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的算法。”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的艾利森?巴斯說，“在計算機(jī)科學(xué)家和工程師構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時，基于神經(jīng)科學(xué)的方法可能為他們帶來一些新思路。”
摘自 中國科技網(wǎng)
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