Avastus: internetti ja inimaju valitsevad samad algoritmid

Närvivõrgude toimet kirjeldavad samad algoritmid, mille põhjal on üles ehitatud ka andmevahetus internetis, näitab värske uuring. Foto: SCANPIX

Kommunikatsioonisüsteemi optimaalseks käimashoidmiseks kasutavad närvirakud ja internet samade algoritmide kirjeldatavaid mehhanisme.

«Interneti alusepanijate jaoks oli ülioluline, et informatsioon liiguks võimalikult kiiresti ja efektiivselt. Avastus, et inimeste loodud tehnoloogiline ja evolutsioonis arenenud bioloogiline süsteem järgivad sama probleemi lahendamiseks üht ja sama tööpõhimõtet, on väga huvitav,» ütles ajakirjas Neural Computation avaldatud teadusartikli kaasautor Saket Navlakha uuringu pressiteate vahendusel.

Probleem seisneb süsteemi optimeerimises – kuidas kasutada kõiki olemasolevad infokanaleid nii, et ei tekiks olukorda, kus ühed on ülekoormatud ja teised seisavad jõude. Interneti puhul on kasutusel nn AIMD meetod, kus arvuti saadab välja teatud andmepaketi ja «kuulab» siis vastusignaali. Kui see tuleb kohale kiiresti, siis ei ole infokanal ummistunud ja selle kasutust võib suurendada. Kui vastusignaal aga viibib, siis tähendab see, et kanalit ei ole mõtet rohkem koormata ning selle kasutust vähendatakse.

Sellise süsteemi abil suudavad internetivõrgu moodustavad arvutid vältida ummistusi ja tagada pideva tagasisidestamise teel kõige kiirema ühenduse.

Seda optimeerimist vaadates hakkaski põhitöös bioloogiliste võrkude uurimise algoritmide arendamisega tegelev Salki instituudi teadlane Saket Navlakha mõtlema, et kas ka inimaju ei võiks samamoodi toimida. Inimese närvivõrgustiku matemaatiliseks modelleerimiseks liitis ta jõud Duke’i Ülikooli järeldoktorandi Jonathan Sueniga.

Kuna AIMD on vaid üks andmeside optimeerimise meetoditest, võtsid teadlased oma valimisse kokku 20 erinevat analoogset meetodit ning üritasid teha kindlaks, milline neist sobib kõige paremini närvivõrgustikus toimuva signaalide vahetamisega. Kõigist kahekümnest osutus AIMD kaugelt kõige efektiivsemaks infoliikumise optimeerijaks. Veelgi huvitavamal kombel suutis ta ka eksperimentaalselt selgitada neuronites toimuvaid muutuseid.

Tuleb välja, et närvirakkudes toimub AIMD’iga pea äravahetamiseni sarnane protsess, kus neuronite signaali saatmise järjekord mõjutab nende edaspidist kasutust ja seega ka sünaptiliste ühenduste tugevust.

«Kuigi aju ja interneti toimimises on käigus väga erinevad mehhanismid, järgivad nad kohalikul – närviraku või arvuti – tasemel siiski samu lihtsaid reegleid. Need aga tagavad kogu süsteemi stabiilsuse,» ütles Suen uuringu pressiteates.

«Alguses olin ma väga üllatunud, et närvivõrgud kasutavad samu algoritme kui nende tehnoloogilised analoogid, kuid tuleb välja, et efektiivsus, robustsus ja lihtsus on olulised nii elusorganismidele kui ka inimeste ehitatud võrgustikele.»