Według DARPA, dzisiejsze programowane komputery są limitowane nie tylko przez swą ograniczoną wydajność obliczeniową, ale także przez architekturę, która wymaga opracowywania i programowania algorytmów przez człowieka, aby komputer mógł opisać i przetworzyć dostarczone informacje. Dla porównania, struktury biologiczne, takie jak ludzki mózg, przetwarzają informacje w sposób autonomiczny, samoczynnie ucząc się ważnych i probabilistycznie istotnych własności oraz powiązań.

Gdy porównać sprawność przetwarzania danych w rzeczywistym środowisku, rozwiązania znane z organizmów żywych są sprawniejsze od dzisiejszych programowalnych komputerów od 1 mln do 1 mld razy. Według DARPA, program SyNAPSE ma zerwać ze stereotypem maszyn programowalnych i zdefiniować nową ścieżkę rozwoju. Do osiągnięcia celu niezbędna będzie jednak współpraca specjalistów i firm z różnych dziedzin, takich jak modelowanie pracy mózgu, sztuczne sieci neuronowe, wielkoskalowe przetwarzanie danych, neuromorficzne VLSI (Very-Large-Scale Integration), przetwarzanie informacji, kognitywistyka, technologie nowych materiałów, niekonwencjonalna elektronika realizowana za pomocą nanotechnologii, czy realizacja i projektowanie rozwiązań CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Prace dotyczą czterech kluczowych obszarów badawczych:

* Implementacji sprzętowej w urządzeniach CMOS, nowoczesnych komponentach synaptycznych oraz kombinacji połączeń sprzętowych z programowalnymi/wirtualizowanymi. Kombinacja tych technologii będzie odpowiedzialna za najważniejsze przetwarzanie informacji, będące odpowiednikiem procesów obserwowanych w organizmach żywych, takie jak kodowanie impulsów (spike encoding) oraz elastyczność zależności od czasu impulsu.

* Architektury, która będzie obsługiwać najważniejsze rozwiązania i funkcje obserwowane w strukturach biologicznych, takie jak połączenia, organizacja hierarchiczna, układy komponentów rdzenia, konkurencyjna samoorganizacja oraz systemy modulowane/wymuszane. Tak samo, jak w rozwiązaniach biologicznych, przetwarzanie będzie maksymalnie rozproszone, nieliniowe, natywnie odporne na szumy, zakłócenia i błędy.