2/2017

Itseoppivat laskennalliset aivomallit avuksi keinoälyn kehitykseen

Aivot ovat yksi monimutkaisimmista tunnetuista systeemeistä. Yksi maailman laskennallisen neurotieteen pioneereistä, dosentti Marja-Leena Linne tutkimusryhmineen kehittää huipputarkkoja laskennallisia aivomalleja, joista hyötyvät myös tekoälysovellukset.

Marja-Leena Linne

 

Dosentti Marja-Leena Linnen laskennallisen neurotieteen tutkimusryhmässä työskentelee biologeja ja matemaatikkoja.

 

Jotta aivojen rakennetta ja toimintaa voitaisiin ymmärtää kokonaisvaltaisesti, tarvitaan kokeellista, teoreettista ja laskennallista tutkimusta. Dosentti Marja-Leena Linnen laskennallisen neurotieteen tutkimusryhmä kehittää TTY:llä aivotoimintojen malleja erityisesti oppimisen ja muistin mekanismien saralla. Ryhmässä työskentelee sekä matemaatikkoja että biologeja. Heidän tutkimuksensa luovat pohjaa kehittää uudenlaista tietotekniikkaa ja keinoälyn sovelluksia.

Linnen tutkimusryhmän tarkasti biologiaan perustuvat hermoverkkomallit ottavat huomioon eri aivoalueiden solujen, synapsien ja biokemiallista kommunikaatiota välittävien molekyylien väliset dynaamiset vuorovaikutukset ja pidempikestoisen muovautuvuuden mekanismit. Mallien luomisessa käytetään matemaattisen mallinnuksen, systeemiteorian, ja tieteellisen laskennan menetelmiä. Niiden toiminnan arvioinnissa hyödynnetään sähköfysiologian, kuvantamisen ja solu- ja molekyylibiologian avulla hankittua dataa.

– Neurotieteen iso haaste on pystyä selittämään, miten geeni-, molekyyli- ja solutasoilla tapahtuva informaation käsittely kuvautuu systeemitason ilmiöiksi aivoissa. Teoreettiset työkalut ja mallinnusmenetelmät ovat merkittävä tapa lähestyä asiaa, sillä kokeellisesti voidaan tutkia kerrallaan vain muutamaa hermoston mekanismia tai osasta, Marja-Leena Linne kertoo.

Mikrosirut matkivat aivojen tapaa toimia

Aivojen monimutkaisuus tekee laskennallisista malleista hyvin raskaita, joten tutkijoiden kehittämät mallit supistetaan matematiikan menetelmin laskennallisesti kevyemmiksi. Uusimmassa Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa syntyneitä plastisuus- ja oppimismalleja toteutetaan myös elektroniikan mikropiireinä.

– Mikrosirut mahdollistavat kustannustehokkaan aivomallien laskennan. Kehitettävät mikrosirut matkivat aivojen soluverkkojen tapaa toimia, oppia ja korjata toimintaansa. Tutkimusta tehdään yhteistyössä Heidelbergin yliopiston neuromorfisia systeemeitä tutkivan ryhmän kanssa. Tulevaisuudessa mikrosirut saattavat olla myös osa uudenlaista tietokonearkkitehtuuria, Linne sanoo.

– Tulevaisuudessa tarvitsemme kehittynyttä tietoteknistä infrastruktuuria ja teoreettista viitekehystä, jotta voimme yhdistää nisäkkäiden ja ihmisten aivoista kerättyä tietoa ja ymmärtää aivojen toimintaa kokonaisvaltaisemmin.

Marja-Leena Linne tutkimusryhmineen on mukana mittavassa eurooppalaisessa huippututkimushankkeessa Human Brain Projectissa (HBP), joka on yksi EU-komission tulevia ja kehitteillä olevia teknologioita (Future and Emerging Technologies, FET) koskevista lippulaivahankkeista. Hankkeessa kehitetään neurotieteen tutkimusinfrastruktuuria ja selvitetään aivojen rakennetta ja toimintaa sekä aivosairauksiin johtavia mekanismeja. Linnen tutkimusryhmän teoreettisen neurotieteen osaprojektissa kehitetään uutta matemaattista teoriaa aivotoimintojen kuvaamiseksi.

Teksti: Sanna Kähkönen
Kuva: Marjaana Malkamäki

 
Kerro kaverille
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
2/2017
CoreLab vauhdittaa rakennusalan digiloikkaa
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
2/2017
Kuinka saada esineiden internetin laitteet ja sovellukset ymmärtämään toisiaan?
Kestävää, edullista, joustavaa
Kestävää, edullista, joustavaa
2/2017
Kestävää, edullista, joustavaa
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
2/2017
Lisää kaasua teollisen internetin kehittämiseen
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
2/2017
Digitaalisuus auttaa ymmärtämään teollisuuden prosesseja
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
2/2017
Tampere tuottaa tulevaisuuden kovimmat osaajat
Robotiikasta uusi pääaine
Robotiikasta uusi pääaine
2/2017
Robotiikasta uusi pääaine
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen
2/2017
Yrityskylästä reseptejä maailmanvalloitukseen

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi