Нові публікації
Штучний інтелект: розроблено чип, що імітує активність мозку
Останній перегляд: 01.07.2025
Весь контент iLive перевіряється медичними експертами, щоб забезпечити максимально можливу точність і відповідність фактам.
У нас є строгі правила щодо вибору джерел інформації та ми посилаємося тільки на авторитетні сайти, академічні дослідницькі інститути і, по можливості, доведені медичні дослідження. Зверніть увагу, що цифри в дужках ([1], [2] і т. д.) є інтерактивними посиланнями на такі дослідження.
Якщо ви вважаєте, що який-небудь з наших матеріалів є неточним, застарілим або іншим чином сумнівним, виберіть його і натисніть Ctrl + Enter.
Протягом десятиліть вчені мріяли про створення комп'ютерної системи, яка могла б відтворити талант людського мозку до вивчення нових задач.
Вчені з Массачусетського технологічного інституту зробили важливий крок до досягнення цієї мети, розробивши комп'ютерний чіп, який імітує те, як нейрони мозку адаптуються у відповідь на нову інформацію. Вважається, що це явище, відоме як пластичність, лежить в основі багатьох функцій мозку, включаючи навчання та пам'ять.
Завдяки приблизно 400 транзисторам кремнієвий чіп може імітувати активність одного синапсу мозку – зв'язку між двома нейронами, який сприяє передачі інформації від одного нейрона до іншого. Дослідники очікують, що чіп допоможе нейробіологам дізнатися набагато більше про те, як працює мозок, а також може бути використаний для розробки нейронних протезів, таких як штучні сітківки, каже керівник проєкту Чі-Санг Пун.
Моделювання синапсів
У мозку налічується близько 100 мільярдів нейронів, кожен з яких утворює синапси з багатьма іншими нейронами. Синапс – це простір між двома нейронами (пресинаптичними та постсинаптичними нейронами). Пресинаптичний нейрон вивільняє нейромедіатори, такі як глутамат та ГАМК, які зв'язуються з рецепторами на постсинаптичній мембрані клітини, активуючи іонні канали. Відкриття та закриття цих каналів призводить до зміни електричного потенціалу клітини. Якщо потенціал змінюється досить різко, клітина генерує електричний імпульс, який називається потенціалом дії.
Вся синаптична активність залежить від іонних каналів, які контролюють потік заряджених іонів, таких як натрій, калій та кальцій. Ці канали також відіграють ключову роль у двох процесах, відомих як довготривала потенціація (ДП) та довготривала депресія (ДД), які відповідно посилюють та послаблюють синапси.
Вчені розробили свій комп'ютерний чіп таким чином, щоб транзистори могли імітувати активність різних іонних каналів. Хоча більшість чіпів працюють у двійковому режимі ввімкнення/вимкнення, електричні струми на новому чіпі протікають через транзистори в аналоговому режимі. Градієнт електричного потенціалу змушує струм протікати через транзистори так само, як іони протікають через іонні канали в комірці.
«Ми можемо налаштувати параметри схеми, щоб зосередитися на певному іонному каналі», — каже Пун. «Тепер у нас є спосіб фіксувати кожен іонний процес, що відбувається в нейроні».
Новий чіп являє собою «значний прогрес у зусиллях з вивчення біологічних нейронів та синаптичної пластичності на CMOS [комплементарному метал-оксид-напівпровідниковому] чіпі», каже Дін Буономано, професор нейробіології Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, додаючи, що «рівень біологічного реалізму вражає».
Вчені планують використовувати свій чіп для створення систем для моделювання певних нейронних функцій, таких як система обробки візуальної інформації. Такі системи можуть бути набагато швидшими за цифрові комп'ютери. Навіть високопродуктивним комп'ютерним системам потрібні години або дні для моделювання простих мозкових ланцюгів. Завдяки аналоговій системі чіпа моделювання відбувається швидше, ніж у біологічних системах.
Ще одним потенційним використанням цих чіпів є налаштування взаємодії з біологічними системами, такими як штучні сітківки та мозок. У майбутньому ці чіпи можуть стати будівельними блоками для пристроїв штучного інтелекту, каже Пун.