Со декади научниците сонуваа за градење на компјутерски систем кој би го реплицирал талентот на човечкиот мозок за учење на нови задачи...

Истражувачите од МИТ направија огромен чекор кон таа цел за дизајнирање на компјутерски чип кој го имитира начинот на кој мозочните неврони се адаптираат за да одговорат на новата информација. Овој феномен, познат како пластичност, се верува дека придонесува за многу мозочни функции, вклучувајќи ги учењето и меморијата.

Со речиси 400 транзистори, силиконскиот чип може да ја симулира активноста на една мозочна синапса - врската помеѓу два неврони која овозможува информацијата да тече од еден кон друг неврон. Истражувачите очекуваат овој чип да им помогне на невролозите да научат многу повеќе за начинот на кој функционира мозокот и може да се искористи и во невронските протетички направи како вештачка ретина, вели Чи-Санг Пун, водечки научник на истражувањето во Одделот за здравствени науки и технологија на Харвард-МИТ.

Моделирање на синапсите

Постојат речиси 100 билиони неврони во мозокот, секој од нив формира сипаси со многу други неврони. Синапсата е врската помеѓу два неврони (познати како пресинаптички и постсинаптички неврони). Пресинаптичките неврони ослободуваат невротрансмитери, како глутамат и ГАБА, која се врзува за рецепторите на постсинаптичките клеточни мембрани, активирајќи ги јонизирачките канали. Отворањето и затворањето на овие канали го променува електричниот потенцијал на клетката. Доколку потенцијалот значително се промени, клетката исфрла електричен импулс наречен акционен потенцијал.

Цела оваа синаптичка активност зависи од јонизирачките канали, кои го контролираат теков на исполнетите атоми како натриум, калиум и калциум. Овие канали се клучни и за два процеси познати како долготраен потенцијал и долготрајна депресија, кои значително ги зајакнуваат или ослабуваат синапсите.

Истражувачите од МИТ дизајнираат компјутерски чип кој може да ја имитира активноста на разни јонски канали. Додека повеќето чипови функционираат на бинарен, он/офф мод, струјата тече низ транзисторите на мозочниот чип на аналоген, не дигитален, начин. Градиентот на електричниот потенцијал му овозможува на струјата да тече низ транзисторите исто како што јоните течат низ јонските канали во клетката.

"Моежеме да ги подесиме параметрите на патеката да се совпаѓаат со специфичните јонски канали," вели Пун. "Сега имаме начин да го доловиме секој јонски процес кој се случува во невронот."

Претходно, истражувачите изградија патеки кои можеа да го симулираат пуштањето на акциониот потенцијал, но не можеа сите околности да продуцираат потенцијали. "Доколку навистина сакате реално да ја имитирате функцијата на мозокот, мора да направите многу повеќе отколку само да го зголемите. Мора да ги доловите клеточните процеси кои се базираат на јонските канали," вели Пун.

Новиот чип претставува "значаен напредок во обидот да се инкорпорира она што го знаеме за биологијата на невроните и синаптичката пластичност ви КМОС (комплементарен метален-оксид-семикондукторни) чипови," вели Дин Буономано, професор по невробиологија на Универзитетот на Калифорнија во Лос Анџелес, додавајќи дека "нивото на биолошки реализам е импресивно."

Истражувачите на МИТ планираат да го искористат нивниот чип за да изградат системи кои ги моделираат специфичните невронски функции, како што е системот за визуелно процесирање. Таквите системи би можеле да бидат побрзи од дигиталните компјутери. Дури и кај компјутерските системи со висок капацитет, потребни се часови или денови за да се симулира една мозочна патека. Со системот на аналогни чипови, симулацијата е дури побрза отколку кај самиот биолошки систем.

Друга потенцијална апликација создава чипови кои може да поврзи со биолошките системи. Тоа може да биде корисно за да се овозможи комуникација помеѓу невронските протетички направи како вештачката ретина и мозокот. Понатаму, овие чипови би може да станат и градливи елементи на уредите со вештачка интелигенција, вели Пун.