|
Доказательство работы компьютера, подобного мозгу
|
|
|
|
Физикам-теоретикам из Утрехтского университета совместно с физиками-экспериментаторами из Университета Соганг в Южной Корее удалось создать искусственный синапс. Этот синапс работает с водой и солью и является первым доказательством того, что система, использующая ту же среду, что и наш мозг, может обрабатывать сложную информацию. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Стремясь повысить энергоэффективность обычных компьютеров, ученые уже давно обращаются за вдохновением к человеческому мозгу. Они стремятся различными способами воспроизвести его выдающиеся возможности. Эти усилия привели к созданию компьютеров, подобных мозгу, которые отходят от традиционной двоичной обработки данных и используют аналоговые методы, аналогичные нашим мозговым. Однако, в то время как наш мозг работает, используя в качестве среды воду и растворенные в ней частицы соли, называемые ионами, большинство современных компьютеров, работающих на основе мозга, используют обычные твердые материалы. В связи с этим возникает вопрос: не могли бы мы добиться более точного воспроизведения работы мозга, используя ту же среду? Эта интригующая возможность лежит в основе развивающейся области ионтронных нейроморфных вычислений.
|
|
|
|
В последнем исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые впервые продемонстрировали систему, основанную на воде и соли, которая демонстрирует способность обрабатывать сложную информацию, отражая функциональность нашего мозга. Центральное место в этом открытии занимает миниатюрное устройство размером 150 на 200 микрометров, которое имитирует поведение синапса — важного компонента мозга, ответственного за передачу сигналов между нейронами. Тим Камсма, кандидат наук из Института теоретической физики и Математического института Утрехтского университета и ведущий автор исследования, выражает свое восхищение, заявляя: "Хотя искусственные синапсы, способные обрабатывать сложную информацию, уже существуют на основе твердых материалов, сейчас мы впервые показываем, что это возможно". этот подвиг также можно совершить, используя воду и соль. Мы эффективно воспроизводим поведение нейронов, используя систему, которая использует ту же среду, что и мозг". Устройство, разработанное корейскими учеными и называемое ионтронным мемристором, состоит из микроканала конусообразной формы, заполненного раствором воды и соли. При получении электрических импульсов ионы, находящиеся в жидкости, перемещаются по каналу, что приводит к изменению концентрации ионов.
|
|
|
В зависимости от интенсивности (или продолжительности) импульса проводимость канала регулируется соответствующим образом, отражая усиление или ослабление связей между нейронами. Степень изменения проводимости служит измеримым показателем входного сигнала. Еще одним открытием является то, что длина канала влияет на продолжительность, необходимую для рассеивания изменений концентрации. "Это предполагает возможность настройки каналов для сохранения и обработки информации в течение различной продолжительности, что опять же сродни синаптическим механизмам, наблюдаемым в нашем мозге", - говорит Камсма. Происхождение этого открытия можно проследить до идеи, выдвинутой Камсмой, который не так давно начал свое докторское исследование. Он преобразовал эту концепцию, основанную на использовании искусственных ионных каналов для задач классификации, в надежную теоретическую модель. "Так совпало, что в тот период наши пути пересеклись с исследовательской группой в Южной Корее", - говорит Камсма. "Они восприняли мою теорию с большим энтузиазмом и быстро начали экспериментальную работу, основанную на ней".
|
|
|
|
Примечательно, что первоначальные результаты материализовались всего через три месяца, что полностью совпало с предсказаниями, изложенными в теоретической концепции Камсмы. "Я подумал, ничего себе!" - размышляет он. "Невероятно приятно наблюдать за переходом от теоретических предположений к реальным результатам, которые в конечном итоге приводят к этим прекрасным экспериментальным результатам". Камсма подчеркивает фундаментальный характер исследования, подчеркивая, что ионтронные нейроморфные вычисления, несмотря на стремительный рост, все еще находятся в зачаточном состоянии. Предполагаемый результат - компьютерная система, значительно превосходящая по эффективности и энергопотреблению современные технологии. Однако на данном этапе остается неясным, осуществится ли это видение. Тем не менее, Камсма рассматривает публикацию как значительный шаг вперед. "Это представляет собой важный шаг вперед на пути к компьютерам, способным не только имитировать коммуникационные схемы человеческого мозга, но и использовать ту же среду", - утверждает он. "Возможно, в конечном итоге это проложит путь к компьютерным системам, которые более точно воспроизводят экстраординарные возможности человеческого мозга".
|
|
|
|
Источник
|
