Физики создали новый тип искусственных нейронов, которые по принципу работы похожи на синапсы нервных клеток мозга. Они смогли продемонстрировать нечто вроде условного рефлекса. Статью с описанием работы опубликовал научный журнал Nature Communications. “Благодаря синапсам мозг параллельно обрабатывает огромные массивы информации без ошибок и с минимальным расходом энергии. Наш пластиковый транзистор обладает всеми ключевыми особенностями синапсов", – рассказал один из разработчиков, доцент Северо-Западного университета в Эванстоне (США) Джонатан Ривнэй.
В основе работы современных компьютеров лежит дискретная логика – биты могут воспринимать и обрабатывать только нули и единицы. Если и тех, и других достаточно много, это предоставляет практически неограниченные возможности для математических вычислений. Мозг работает принципиально иначе. В отличие от полупроводниковых вычислительных машин, наши нейроны могут и хранить информацию, и обрабатывать ее, воспринимая множество разнородных аналоговых сигналов. Нервные клетки могут сложным образом суммировать их, а также менять свою чувствительность к отдельным наборам подобных импульсов, по-разному реагируя на те или другие стимулы.
Воспроизвести подобные свойства нейронов физики пытаются с помощью так называемых мемристоров. Сопротивление такого прибора зависит от того, как ток проходил через него до этого. То есть у мемристора есть "память" и способность менять записанные в нем данные. Эти свойства сближают его с нервными окончаниями. У мемристоров есть множество недостатков: например, они потребляют много энергии и мало совместимы с живыми тканями. Ривнэй и его коллеги на основе органических электрохимических транзисторов создали рукотворный аналог мемристоров без подобных минусов. По словам разработчиков, по своим свойствам это полный искусственный аналог синапсов – места контакта между двумя нервными клетками.
Ключевая особенность синаптических транзисторов заключается в том, что они не теряют записанной информации при отключении электричества. Это происходит благодаря особому полимерному слою, который может запасать в себе ионы. В результате их энергопотребление становится гораздо меньше. Их долговременную память можно использовать для создания сложных цепочек нейронов и их обучения.
Ривнэй и его коллеги успешно использовали набор из подобных транзисторов, чтобы провести своеобразный аналог экспериментов по выработке условных рефлексов, которые в 1897 году проводил основоположник нейрофизиологии Иван Павлов. Физики подключили к цепочке из нейронов датчики давления и света и следили, смогут ли те “осознать”, что вспышки света всегда сопровождались ударами по датчику давления – подобно тому, как собаки в опытах Павлова начали ассоциировать включение лампочки с появлением новой порции еды.
Разработка достаточно быстро справились с этой задачей. Ученые надеются, что это открывает дорогу для использования синаптических транзисторов в более сложных нейросетях. Ученые предполагают, что подобные наборы транзисторов можно будет использовать не только для создания электроники, которая работает аналогично человеческому мозгу, но и для интеграции подобных систем в живые организмы.
