Изкуственият синапс се състои от колоидни сфери с нано-канали между

Изкуственият синапс се състои от колоидни сфери с нано-канали сред тях
(илюстрация: Utrecht University)

За първи път учени сътвориха неестествен синапс. Изобретението дава късмет за създаване на компютър, който работи въз основата на физическите правила на човешкия мозък.

Компютърните системи, основани на физическите правила на човешкия мозък, съставляват интерес за учени и инженери, заради високата си енергийна успеваемост. Предишни опити в тази област доведоха до изработката та компютри, които имитират мозъчната активност, само че употребяват елементарни твърди материали.

Сега физици от университета в Утрехт, дружно с техни сътрудници от университета Соганг в Южна Корея, съумяха да изградят неестествен синапс. Резултатът от проучването е оповестен в списание „ Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ”. Този синапс е първото доказателство, че система, употребяваща същата среда като нашия мозък, може да обработва комплицирана информация.
още по темата
По време на проучването екипът е основал аналог на неврон с размери 150х200 микрона, който предава информация, употребявайки йони във воден разтвор. Учените от PNAS назовават новото устройство йонен мемристор – той съставлява островръх микроканал, цялостен с разтвор от вода и сол.

Когато се получат електрически импулси, йоните вътре в течността мигрират през канала, което води до смяна на концентрацията на йони. Проводимостта на канала може да се контролира според от интензивността или продължителността на импулса, отразявайки укрепването или отслабването на връзките сред невроните.

Допълнителна констатация е, че дължината на канала въздейства върху времето, належащо за изгубване на измененията в концентрацията. Това допуска, че каналите може да са в положение да се приспособяват, с цел да съхраняват и обработват информация с друга дълготрайност, още веднъж сходно на синаптичните механизми, следени в нашите мозъци.

Водещият създател на проучването Тим Камсма от университета в Утрехт споделя, че откритието е значимо, защото потреблението на вода и сол за основаване на изкуствени синапси, способни да обработват комплицирани данни, уголемява способността за моделиране на мозъчната интензивност и предлага нови вероятности за проучвания в тази област.

Според откриватели от университета Соганг, тяхното новаторско изобретение може да стане основа за основаване на високоефективни и енергоспестяващи компютърни системи, доста надминаващи съществуващите компютри.

Ролята на синапсите

Човешката нервна система съдържа към 100 милиарда неврони, които са свързани посредством разклонения – аксони и дендрити. Електрическият сигнал навлиза в неврона по дендритите и се предава по аксоните към идващите неврони. Мостът за предаване на невронален подтик сред аксона на един неврон и дендрита на различен се назовава синапс. Това е значим съставен елемент на нервната система, който е виновен за образованието.

Наскоро бяха направени разнообразни опити за осъществяване на синаптични характерности благодарение на фероелектричен полеви транзистор, само че до момента не е докладван изчерпателен физически разбор. Учените работят за основаване на изкуствени синапси за създаване на био-подобни системи за обработка на информация, способни да вземат решение комплицирани проблеми като различаване, прогнозиране и моделиране на държанието.

Бъдещето развиване в тази област може да донесе електронни устройства, които оказват помощ на хората да предотвратят недоразвитост, загуба на чувство и увреждане на нервната тъкан.

Как се учат невроните

Двухибридният неестествен синапс се състои от два меки полимерни електрода, разграничени от улей, цялостен с електролитен разтвор, който работи като синаптична пролука, разделяща комуникиращите неврони в мозъка. Когато живите кафези се слагат на един електрод, невротрансмитерите, които тези кафези освобождават, могат да реагират с този електрод, произвеждайки йони. Тези йони се движат през канала към втория електрод и модулират проводимото положение на този електрод. Някои от тези промени не престават, имитирайки процеса на образование, който се случва в природата.

Процесът имитира същия вид образование, следено в биологичните синапси, което е доста енергийно-ефективно, защото изчислението и съхранението на паметта се правят в едно деяние. В по-традиционните компютърни системи данните първо се обработват и по-късно се реалокират в вместилище.

Мозък и компютър

Изследователите от дълго време се стремят да подобрят енергийната успеваемост на стандартните компютри, като ползват правилата на човешкия мозък. Те се пробват да имитират неговите неповторими благоприятни условия по разнообразни способи. Усилията им доведоха до създаване на сходни на мозъка компютри, които се отдалечават от стандартния метод за двоична обработка на информация посредством потребление на аналогови способи.

Въпреки това, до момента в който човешкият мозък работи във водна среда с разтворени солни йони, множеството модерни „ мозъчни ” компютри разчитат на елементарни твърди материали.

В компютрите процесорът и паметта са обособени съставни елементи, до момента в който в мозъка невроните служат по едно и също време като складове и процесори за обработка на информация. Синапсите играят основна роля в паметта, като трансформират конфигурацията и връзките сред невроните. Това е главната разлика сред архитектурата на човешкия мозък и компютъра, където измененията в паметта не въздействат на свойствата на обработка.

Изследванията в тази област акцентират две съществени разлики сред работата на мозъка и компютрите. По-специално, данните демонстрират, че компютър с едно ядро ​​изпълнява задания поредно, до момента в който мозъкът обработва информация редом. Благодарение на този успореден метод мозъкът е в положение да се включи в процесите на различаване и прогнозиране по-ефективно от стандартен компютър.

Йонтронните невроморфни калкулации, макар че изпитват бърз напредък, към момента са в начален етап. Очакваният резултат е компютърна система, която доста превъзхожда във връзка с успеваемостта и потреблението на сила актуалните технологии.