Uudet julkaisut
Tekoäly: on kehitetty siru, joka jäljittelee aivotoimintaa
Viimeksi tarkistettu: 01.07.2025
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.
Tiedemiehet ovat vuosikymmenten ajan unelmoineet tietokonejärjestelmän luomisesta, joka voisi jäljitellä ihmisaivojen kykyä oppia uusia ongelmia.
Massachusettsin teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat nyt ottaneet merkittävän askeleen kohti tämän tavoitteen saavuttamista kehittämällä tietokonesirun, joka jäljittelee tapaa, jolla aivojen hermosolut sopeutuvat uuteen tietoon. Tämän plastisuutena tunnetun ilmiön uskotaan olevan monien aivotoimintojen, kuten oppimisen ja muistin, taustalla.
Noin 400 transistorin ansiosta piisiru voi jäljitellä yhden aivosynapsin toimintaa – kahden neuronin välistä yhteyttä, joka helpottaa tiedon siirtymistä neuronista toiseen. Tutkijat odottavat sirun auttavan neurotieteilijöitä oppimaan paljon enemmän aivojen toiminnasta, ja sitä voitaisiin käyttää myös hermoproteesien, kuten keinotekoisten verkkokalvojen, kehittämiseen, sanoo projektin johtaja Chi-Sang Poon.
Synapsien mallintaminen
Aivoissa on noin 100 miljardia neuronia, joista jokainen muodostaa synapseja monien muiden neuronien kanssa. Synapsi on kahden neuronin (presynaptisten ja postsynaptisten neuronien) välinen tila. Presynaptinen neuroni vapauttaa välittäjäaineita, kuten glutamaattia ja GABA:a, jotka sitoutuvat solun postsynaptisen kalvon reseptoreihin ja aktivoivat ionikanavia. Näiden kanavien avautuminen ja sulkeutuminen aiheuttaa solun sähköisen potentiaalin muutoksen. Jos potentiaali muuttuu riittävän dramaattisesti, solu lähettää sähköisen impulssin, jota kutsutaan aktiopotentiaaliksi.
Kaikki synaptisten toimintojen taustalla on ionikanavia, jotka säätelevät varautuneiden ionien, kuten natriumin, kaliumin ja kalsiumin, virtausta. Nämä kanavat ovat myös avainasemassa kahdessa prosessissa, jotka tunnetaan pitkäaikaisena potensointina (LTP) ja pitkäaikaisena depressiona (LTD), ja jotka vahvistavat ja heikentävät synapseja.
Tutkijat suunnittelivat tietokonepiirinsä siten, että transistorit voivat jäljitellä eri ionikanavien toimintaa. Vaikka useimmat sirut toimivat binäärisessä päälle/pois-tilassa, uuden sirun sähkövirrat kulkevat transistoreiden läpi analogisessa tilassa. Sähköpotentiaaligradientti saa virran kulkemaan transistoreiden läpi samalla tavalla kuin ionit virtaavat ionikanavien läpi solussa.
"Voimme virittää piirin parametreja keskittyäksemme tiettyyn ionikanavaan", Poon sanoo. "Nyt meillä on tapa tallentaa jokainen neuronissa tapahtuva ioniprosessi."
Uusi siru edustaa "merkittävää edistysaskelta biologisten hermosolujen ja synaptisen plastisuuden tutkimisessa CMOS-sirulla [komplementaarinen metallioksidipuolijohde]", sanoo Dean Buonomano, neurobiologian professori Kalifornian yliopistosta Los Angelesista, ja lisää, että "biologisen realismin taso on vaikuttava".
Tutkijat aikovat käyttää siruaan luodakseen järjestelmiä tiettyjen hermotoimintojen, kuten visuaalisen prosessointijärjestelmän, simuloimiseksi. Tällaiset järjestelmät voisivat olla paljon nopeampia kuin digitaaliset tietokoneet. Jopa tehokkailla tietokonejärjestelmillä kestää tunteja tai päiviä simuloida yksinkertaisia aivopiirejä. Sirun analogisella järjestelmällä simulaatiot ovat nopeampia kuin biologisissa järjestelmissä.
Näiden sirujen toinen mahdollinen käyttötarkoitus on räätälöidä vuorovaikutuksia biologisten järjestelmien, kuten keinotekoisten verkkokalvojen ja aivojen, kanssa. Tulevaisuudessa näistä siruista voisi tulla tekoälylaitteiden rakennuspalikoita, Poon sanoo.