Keinotekoinen älykkyys: siru, joka on suunniteltu simuloimaan aivotoimintaa
Viimeksi tarkistettu: 18.05.2024
Kaikki iLive-sisältö tarkistetaan lääketieteellisesti tai se tarkistetaan tosiasiallisen tarkkuuden varmistamiseksi.
Meillä on tiukat hankintaohjeet ja vain linkki hyvämaineisiin mediasivustoihin, akateemisiin tutkimuslaitoksiin ja mahdollisuuksien mukaan lääketieteellisesti vertaisarvioituihin tutkimuksiin. Huomaa, että suluissa ([1], [2] jne.) Olevat numerot ovat napsautettavia linkkejä näihin tutkimuksiin.
Jos sinusta tuntuu, että jokin sisältö on virheellinen, vanhentunut tai muuten kyseenalainen, valitse se ja paina Ctrl + Enter.
Monien vuosikymmenien ajan tiedemiehet ovat unelmoineet sellaisen tietokonejärjestelmän luomisesta, joka voisi jäljitellä ihmisen aivojen kykyä tutkia uusia haasteita.
Massachusettsin teknisen tutkimuslaitoksen tutkijat ovat nyt tärkeän askeleen tähän tavoitteeseen kehittämällä tietokoneen siru, joka jäljittelee mekanismia aivosuronien sopeuttamiseksi vastauksena uusiin tietoihin. Tiedemiehet uskovat, että tämä ilmiö, joka tunnetaan plastiikkona, on monien aivotoimintojen taustalla, mukaan lukien oppiminen ja muisti.
Noin 400 transistoria ja piisirua voi simuloida yksittäisen aivojen synapsin toimintaa - kahden neuronien välistä yhteyttä, mikä helpottaa tietojen siirtämistä yhdestä hermosta toiseen. Tutkijat odottavat, että tämä siru auttaa neurotieteilijöitä oppimaan paljon enemmän aivojen työstä ja sitä voidaan käyttää myös hermovalmisteiden, kuten keinotekoisen verkkokalvon, kehittämisessä, projektipäällikkö Chi-Sang-poon sanoo.
Synapsien simulointi
Aivoissa on noin 100 miljardia neuronia, joista kukin muodostaa synapsioita suurella määrällä muita neuroneja. Synapse - kahden neuronien (presynaptiset ja postsynaptiset neuronit) välinen kuilu. Presynaptinen neuroni erittää neurotransmittereitä, kuten glutamaattia ja GABA: ta, jotka sitoutuvat solujen postsynaptisen kalvon reseptoreihin aktivoimalla ionikanavat. Näiden kanavien avaaminen ja sulkeminen johtaa solun sähköpotentiaalin muutokseen. Jos mahdolliset muutokset ovat dramaattisesti tarpeeksi, solu laukaisee sähköisen impulssin, jota kutsutaan toimintapotentiaaliksi.
Kaikki synaptic-aktiivisuus riippuu ionikanavista, jotka säätelevät varautuneiden ionien, kuten natriumin, kaliumin ja kalsiumin, virtausta. Nämä kanavat ovat myös avainasemassa kahdessa prosessissa, joita kutsutaan pitkän aikavälin potentiaatioksi (LTP) ja pitkäaikaiseksi masennukseksi (LLC), jotka vahvistavat ja heikentävät synapseja.
Tutkijat ovat kehittäneet oman tietokoneen sirunsa, joten transistorit voivat jäljitellä erilaisten ionikanavien toimintaa. Vaikka useimmat sirut toimivat binäärimuodossa - "on / off", uuden sirun sähkövirrat virtaavat transistoreiden läpi analogisessa tilassa. Sähköpotentiaalin gradientti saa virran virtaamaan transistoreiden kautta samalla tavalla kuin ionit kulkevat solun ioni- kanavien läpi.
"Voimme säätää piirin parametreja pitoisuudelle tiettyyn ionikanavaan", sanoo Poon. "Nyt meillä on keino kaapata jokainen ioniprosessi, joka tapahtuu neuroneessa."
Uusi siru on "merkittävää edistystä pyrkimyksiä tutkimuksen biologisen neuronien ja synaptisen plastisuuden CMOS [Complementary Metal Oxide-Semiconductor] chip", kertoo Dean Buonomano, professori neurobiologian University of California kaupungista Los Angeles, lisäten, että "taso biologisen realismia , on vaikuttava.
Tutkijat aikovat käyttää sirunsa luomaan järjestelmiä tiettyjen hermotoimintojen, kuten visuaalisen käsittelyjärjestelmän, mallintamiseen. Tällaiset järjestelmät voivat olla paljon nopeampia kuin digitaaliset tietokoneet. Jopa korkean suorituskyvyn omaavissa tietokonejärjestelmissä tarvitaan tunteja tai päiviä simuloimaan yksinkertaisia aivopiirejä. Analogisella sirujärjestelmällä simulointi on nopeampaa kuin biologisissa järjestelmissä.
Toinen mahdollinen näiden sirujen mahdollinen soveltaminen, vuorovaikutuksen säätäminen biologisten järjestelmien, kuten keinotekoisen verkkokalvon ja aivojen kanssa. Tulevaisuudessa nämä sirut voivat tulla vakiolauseita keinotekoisiin älykkyyden laitteisiin, Poon sanoo.
