Forskningen inom SANS [1987-2006]

Forskningen inom SANS ligger i gränsområdet mellan datalogin och den tillämpade matematiken å ena sidan och biologin och medicinen å den andra. I första hand studeras modeller och teorier för hjärnans och övriga nervsystemets funktioner samt tekniska tillämpningar av "hjärnliknande" beräkningsmetoder i form av artificiella neuronnät och nervsystem (neurala nätverk, ANN). Syftet är dels att öka vår förståelse för hur dessa mycket komplexa biologiska system fungerar, dels att åstadkomma förbättrade metoder inom den artificiella intelligensen och robotiken. Man kan idag göra en tämligen detaljerat modell av en nervcell förutsatt att man har mycket experimentella data kring den. Nervcellernas inbördes signalering via synapser kan också tas med i modellen, varvid ett helt nätverk av nervceller kan modelleras. Med hjälp av kraftfulla parallelldatorer kan man idag simulera nervcellsnätverk med tiotusentals celler och miljontals synapser. Detta verktyg kan hjälpa forskarna att bättre förstå mekanismerna bakom komplexa biologiska system och förlopp, vilket bl a gör det lättare att planera nya experiment som ger nya pusselbitar.

Inom SANS har man sedan länge i samarbete med neuroforskare på Karolinska institutet studerat de system i ryggmärgen som styr lokomotionen (förflyttningsrörelser som t ex gående och simmande) hos ryggradsdjur samt även simulerat mekaniken bakom rörelserna. De kunskaper som nås i denna forskning kan även ge bättre förståelse av olika sjukdomstillstånd i rörelseapparaten, samt hur dessa bäst kan behandlas. Ett annat område som studerats länge inom SANS är hjärnans "kognitiva" funktioner, framförallt perception, inlärning och minne, samt beslutsfattande. Denna forskning underlättar vår förståelse av dessa processer och ger även uppslag till hur artificiella intelligenta system skulle kunna konstrueras.

SANS - näringslivskontakter

ANN tillämpas idag i många industriella och andra sammanhang och ännu fler potentiella tillämpningar befinner sig på experimentstadiet. SANS har genomfört ett antal tillämpningsprojekt i samarbete med industri och andra externa organisationer. Ett område har varit feldiagnos i tekniska system. Detta inleddes på ett tidigt stadium i samarbete med Volvo Personvagnar och gick ut på att jämföra ANN med ett traditionellt regelbaserat expertsystem för motorfelsökning. Bl a utvecklades en teknik för interaktiv diagnos varvid ANN-systemet genererade frågor till användaren. Dessa tekniker utnyttjades och vidareutvecklades senare i samarbete med Ericsson Telecom. Då handlade det istället om att ge en operatör råd om vilket av trettiosex kretskort som borde bytas i en felaktig telefonväxeldator. Prediktionen gjordes utgående från automatgenererade felloggar från systemet. ANN-tekniken presterade lika bra eller bättre än de expertsystem som tagits fram av telefonväxelkonstruktörerna. Det tränades snabbt och gav flera alternativ om inte det första bytet fick avsett resultat. Metodens användbarhet begränsades dock av bristen på tillräckligt representativa träningsdata, i sin tur beroende på svårigheterna att i simuleringar reproducera tillräckligt många felsituationer. En jämförelse gjordes även med andra metoder för maskininlärning, sk induktiva metoder. Även denna utföll till ANN-metodens fördel.

Ett annat projekt handlar om "data mining" i en databas som fn innehåller ca 1,5 miljoner rapporter om misstänkta läkemedelsbiverkningar. Detta arbete sker i samarbete med WHO (World Health Organization) Collaborating Centre for International Drug Monitoring, som finns i Uppsala. Syftet är att så tidigt som möjligt hitta hittills okända läkemedelsbiverkningar för att därigenom begränsa skadeverkningarna. Misstänkta samband presenteras varje kvartal för en av WHO:s expertgrupper som närmare analyserar fynden och beslutar om vidare åtgärder. Detta projekt har visat att flera av de biverkningar som idag är kända skulle ha kunnat upptäcktas flera år tidigare än vad som faktiskt skedde. Metoden kommer inom kort att börja användas mer rutinmässigt av WHO.

SANS - kompetens och forskningsprofil

• Tvärvetenskap i gränsområdet Biologi - Medicin - Datalogi (Bioteknik, Neuroinformatik, Biomedicinsk informatik)

• Simulering och modellering av biologiska system, främst nervsystemet

• Biologiskt inspirerade ANN-tekniker

• Tillämpningar av ANN inom robotik och i andra sammanhang

SANS - svenska samarbetspartners

• Karolinska institutet, Institutionen för Neurovetenskap

• Karolinska sjukhuset, Klinisk neurofysiologi

• Parallell Scientific Computing Institute (PSCI), Parallelldatorcentrum (PDC, KTH)

• KTH, Teoretisk fysik

• Swedish Institute for Computer Science (SICS, NNRC-gruppen)

• Stockholms universitet, Psykologiska institutionen

 För mera information: www.nada.kth.se/nada/sans/

SANS - chef/kontaktperson

Anders Lansner, ala@nada.kth.se, 790 6210