_ Prima dovadă experimentală pentru creier- ca un computer cu apă și sare

Fizicienii teoreticieni de la Universitatea Utrecht, împreună cu fizicienii experimentali de la Universitatea Sogang din Coreea de Sud, au reușit să construiască o sinapsă artificială. Această sinapsă funcționează cu apă și sare și oferă primele dovezi că un sistem care folosește același mediu ca și creierul nostru poate procesa informații complexe.

Rezultatele apar în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.

p>

În căutarea creșterii eficienței energetice a computerelor convenționale, oamenii de știință au apelat de mult timp la creierul uman pentru inspirație. Ele urmăresc să imite capacitatea sa extraordinară în diferite moduri.

Aceste eforturi au dus la dezvoltarea computerelor asemănătoare creierului, care se îndepărtează de la procesarea binară tradițională pentru a îmbrățișa metode analogice asemănătoare creierului nostru. Cu toate acestea, în timp ce creierul nostru funcționează folosind apă și particule de sare dizolvată numite ioni ca mediu, majoritatea computerelor actuale inspirate de creier se bazează pe materiale solide convenționale.

Acest lucru ridică întrebarea: nu am putea realiza o replicare mai fidelă. de funcționarea creierului prin adoptarea aceluiași mediu? Această posibilitate intrigantă se află în centrul domeniului în plină dezvoltare al calculului neuromorfic iontronic.

În cel mai recent studiu publicat în PNAS, oamenii de știință au demonstrat, pentru prima dată, un sistem bazat pe apă și sare care prezintă capacitatea de a procesa informații complicate, reflectând funcționalitatea creierului nostru. În centrul acestei descoperiri este un dispozitiv minuscul care măsoară 150 pe 200 de micrometri, care imită comportamentul unei sinapse - o componentă esențială a creierului responsabilă de transmiterea semnalelor între neuroni.

Tim Kamsma, Ph.D. candidat la Institutul de Fizică Teoretică și Institutul de Matematică al Universității din Utrecht și autorul principal al studiului, își exprimă entuziasmul, afirmând: „În timp ce sinapsele artificiale capabile să proceseze informații complexe există deja pe baza materialelor solide, acum arătăm pentru Prima dată când această performanță poate fi realizată și folosind apă și sare Replicăm eficient comportamentul neuronal folosind un sistem care folosește același mediu ca și creierul.”

Migrația ionică

. Dispozitivul, dezvoltat de oamenii de știință din Coreea și denumit memristor iontronic, cuprinde un microcanal în formă de con umplut cu o soluție de apă și sare. La primirea impulsurilor electrice, ionii din lichid migrează prin canal, ducând la modificări ale concentrației ionilor.

În funcție de intensitatea (sau durata) impulsului, conductibilitatea canalului se ajustează în consecință, oglindind întărirea sau slăbirea conexiunilor dintre neuroni. Amploarea modificării conductanței servește ca o reprezentare măsurabilă a semnalului de intrare.

O constatare suplimentară este că lungimea canalului influențează durata necesară pentru ca schimbările de concentrație să se disipeze. „Acest lucru sugerează posibilitatea de a personaliza canalele pentru a reține și a procesa informații pentru durate diferite, din nou asemănătoare cu mecanismele sinaptice observate în creierul nostru”, spune Kamsma.

Geneza acestei descoperiri poate fi urmărită până la un idee concepută de Kamsma, care și-a început cercetarea doctorală nu de mult. El a transformat acest concept – centrat pe utilizarea canalelor ionice artificiale pentru sarcini de clasificare – într-un model teoretic robust.

„În mod coincidență, drumurile noastre s-au încrucișat cu grupul de cercetare din Coreea de Sud în acea perioadă”, spune Kamsma. . „Au îmbrățișat teoria mea cu mare entuziasm și au inițiat rapid lucrări experimentale bazate pe ea.”

În mod remarcabil, constatările inițiale s-au materializat doar trei luni mai târziu, aliniindu-se îndeaproape cu predicțiile prezentate în cadrul teoretic al lui Kamsma. "M-am gândit că wow!" el reflectă. „Este incredibil de îmbucurător să asistăm la tranziția de la conjecturi teoretice la rezultate tangibile din lumea reală, rezultând în cele din urmă aceste rezultate experimentale frumoase.”

Kamsma subliniază natura fundamentală a cercetării, subliniind faptul că calculul neuromorfic iontronic, în timp ce înregistrând o creștere rapidă, este încă la început. Rezultatul preconizat este un sistem informatic mult superior în ceea ce privește eficiența și consumul de energie în comparație cu tehnologia actuală. Cu toate acestea, dacă această viziune se va concretiza rămâne speculativ în acest moment. Cu toate acestea, Kamsma vede publicația ca un pas semnificativ înainte.

„Reprezintă un progres crucial către computere capabile nu numai să imite tiparele de comunicare ale creierului uman, ci și să utilizeze același mediu”, afirmă el. „Poate că acest lucru va deschide în cele din urmă calea pentru sistemele de calcul care reproduce mai fidel capacitățile extraordinare ale creierului uman”

(Fluierul)