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Neuroscience as a Service

Was 100 Milliarden Neuronen mit Cloud Computing zu tun haben erklärte Gregor Schuldt in seiner Ringvorlesung den Studierenden der TU Dresden.

Letzte Woche hatte ich die Gelegenheit, im Namen der profi.com AG an der TU Dresden eine Ringvorlesung zum Thema "Neuroscience as a Service" zu halten.

Die Veranstaltung baute auf meiner am "Max-Planck Institut für angewandte Mathematik in den Naturwissenschaften" angefertigten und mit dem Preis des Fördervereins der HTWK ausgezeichneten Masterarbeit auf und ordnete sich im Bereich "Computational Neuroscience" ein. Gemeinsam mit den Informatik-Studenten der TU Dresden begaben wir uns auf eine Reise vom menschlichen Gehirn über das einzelne Neuron in die Cloud.

Aber vom Entstehen eines sogenannten Aktionspotentiales, also dem Impuls den ein einzelnes Neuron an seine Nachbarn sendet, bis hin zum menschlichen Gehirn ist es ein langer Weg. Nach neusten Schätzungen haben wir etwa 100 Milliarden Neuronen die über 100 Billionen Synapsen verbunden sind. Der Weg in die Cloud kann also nur über eine entsprechend mächtige Automation Suite gegangen werden.

Es wurde deutlich gemacht, dass für jegliche Anwendung des Modells eine Vielzahl verschiedenster Simulationen durchgeführt werden muss. Die manuelle Orchestration dieser Prozesse erzeugt im Alltag des wissenschaftlichen Arbeitens einen großen Overhead. An einfachen Beispielen wurde gezeigt, wie die Micro Focus Automation Suite diese Orchestration aktiv und effektiv unterstützen kann.

Das Datacenter Automation Tool Micro Focus Server Automation (SA) agiert in diesem Kontext als Kopf des Ganzen. SA erlaubt es uns, die den Neuronen entsprechenden "Managed Servern" in "beliebiger" Anzahl zu deployen und zu konfigurieren. Außerdem kann man mit sogenannten Server-Scripten den dem Neuronenmodell zugrundeliegenden Python-Code ausführen und so quasi auf jedem Server ein einzelnes Neuron simulieren.

Micro Focus Operation Orchestration (OO) kann die einzelnen Neuronen anschließend verknüpfen. Dadurch können wir Synapsen adäquat repräsentieren und auch einfache Effekte wie das "Lernen" im Gehirn durch entsprechend verstärkte Verlinkungen im OO-Studio abbilden. Denn unser Gehirn ist auch nur ein Muskel der entsprechend trainiert werden kann bzw. muss.

Die Inputs und Outputs der Simulation können anschließend mit Micro Focus Cloud Service Automation (CSA) verarbeitet werden. Im neurowissenschaftlichen Kontext übernimmt CSA die Aufgaben von Hand, Auge, Nase und Mund. Insbesondere das Marketplace-Portal (MPP) erlaubt die Eingabe verschiedener Simulationszenarien. Des Weiteren kommt mit der Designerstellung in CSA eine weitere Orchestrierungsebene hinzu, die zum Beispiel dafür genutzt werden kann, die verschiedenen Gehirnregionen einzeln zu simulieren und zu verbinden. Außerdem ist es dank CSA möglich, verschiedene Instanzen von SA zu bündeln und somit weitere Infrastruktur anzusprechen. Mit anderen Worten erlaubt uns CSA eine Vervielfachung der virtuellen Gehirnkapazität.

Angereichert wurde die Vorlesung mit einigen Beiträgen des "worldsciencefestivals" über die prinzipielle Funktionsweise unseres Gehirns und dem aktuellen Stand der Forschung. Insgesamt war ich dank der Vorlesung in der Lage, meinen eigenen Horizont etwas zu erweitern und hoffe den Studierenden ging es ähnlich.

Aber jetzt geht es erstmal weiter mit einem unserer Cloud-Workshops in der Schweiz. Diesmal wird zwar keine neuronale Aktivität simuliert, aber die Toolsuite und die prinzipielle Aufgabenstellung ist im Wesentlichen identisch. Skripte werden im SA auf einer großen Anzahl von Servern ausführt und anschließend mit OO orchestriert.

Insofern viele Grüße aus Zollikofen und bis bald.

Autor

Gregor Schuldt IT-Consultant
Gregor Schuldt