Stworzono mikroczipy naśladujące działanie synaps

Naukowcy stworzyli mikroczipy, które zachowują się jak komórki mózgu.

Ludzki mózg jest często porównywany do komputera. Ale mało prawdopodobne jest, by w najbliższej przyszłości komputery dorównały złożoności naszej biologicznej tkance. Może się to zmienić, gdy naukowcom uda się rozwinąć technologię wykorzystywaną do naśladowania funkcjonalności synaps, czyli połączeń nerwowych.

Mózgi i komputery mają systemy, które mogą modelować, zmieniać i przechowywać informacje. Robią to jednak w zupełnie inny sposób. Podczas gdy procesory w komputerach do działania potrzebują mikrowłączników generujących impulsy elektryczne, w neuronach funkcję tę spełniają fale chemiczne, które rozprowadzają impulsy nerwowe między synapsami. Różnica jest znacząca jeżeli chodzi o zużycie pamięci i energii. Żaden istniejący sprzęt nie zbliża się nawet do wydajności ludzkiego mózgu.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Oksfordzkiego, Uniwersytetu Westfalskiego w Munsterze i Uniwersytetu w Exeter stworzył coś, co można nazwać "świętym graalem" komputerów. Udało się im opracować fotoniczny układ scalony, który działa jak ludzka synapsa.

- Rozwój komputerów działających jak ludzki mózg jest świętym graalem naukowców od dziesięcioleci. Poprzez sieć neuronów i synaps, mózg może przetwarzać i przechowywać ogromne ilości informacji jednocześnie, używając jednocześnie dziesiętnych części watów. Konwencjonalne komputery nie są w stanie zbliżyć się do tego poziomu wydajności - powiedział Harish Bhaskaran z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Komputery stacjonarne w naszych domach oparte są na architekturze von Neumanna, co znaczy, że istnieją jednostki procesorów zajmujące się obsługą logiki i pamięci. Nasze mózgi nie mają procesorów w jednej części i dysków twardych w innej. Neurony podłączone do rozgałęzionej sieci oddzielone małymi mostkami synaptycznymi to procesory i urządzenia pamięci masowej w jednym.

Działanie mózgu opiera się na otwieraniu się kanałów w błonie nerwowej, przez które transmitowane są jony wywołujące niskonapięciową falę elektryczną. Te małe skoki napięcia w zakończeniach nerwów to podstawa przetwarzania nerwowego wynikająca z plastyczności synaptycznej.

Tzw. obliczenia neuromorficzne zainspirowały naukowców do powtórzenia sposobu łączenia przetwarzania i magazynowania danych w jednym, łącząc biologię i sztuczną inteligencję. Wreszcie udało się stworzyć procesor, który może zrobić to, co synapsa.

- Ponieważ synapsy przewyższają neurony w mózgu w stosunku ok. 10 000:1, każdy komputer podobny do mózgu musi być w stanie odtworzyć jakąś formę synaptycznej mimiki. To właśnie udało nam się zrobić - powiedział Wolfram Pernice z Uniwersytetu w Munster.

Reklama

Sztuczna synapsa jest oparta na strukturach wykonanych z materiału zmieniającego fazę, który przechowuje i uwalnia znaczne ilości energii, gdy przechodzi z jednego stanu w inny. Przez materiał są przesyłane fale świetlne, które naśladują plastyczność synaps. Chociaż nie jest to nowa koncepcja, to po raz pierwszy zrealizowano ją w praktyce.

- Nasze komputery są stosunkowo wolne, a im bardziej zwiększamy ich prędkości, tym więcej energii zjadają - powiedział C. David Wright z Uniwersytetu w Exeter.

Procesy neuromorficzne wykorzystujące światło świetnie sprawdzają się w naszych mózgach i komputerach. Pytanie: kiedy uda nam się je połączyć?

Dowiedz się więcej na temat: synapsy | neurologia | sztuczna inteligencja | superkomputer
Najlepsze tematy