Кибермозг все ближе: создан искусственный синапс, который может изменить все

Помню, как меня поразила идея позитронного мозга ^[1] из романов и рассказов Айзека Азимова. К сожалению, несмотря на научные достижения за последние десятилетия, сегодня нет ничего подобного. Уж слишком сложным оказался не только мозг ^[1] человека, но и животных, чтобы можно было искусственно создать что-то подобное. Тем не менее, определенные успехи в этом направлении есть. Подробности под катом.

Буквально на днях объединенной команде ученых, состоящей и физиков-теоретиков и экспериментаторов, удалось создать искусственный синапс. Стоит напомнить, что синапс (греч. σύναψις, от συνάπτειν — соединение, связь) — место контакта между двумя нейронами или нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться.

И это серьезный проект, результаты которого были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). По мнению создателей синапса, он является доказательством того, что система, находящаяся примерно в такой же среде, как и мозг ^[1] человека, может обрабатывать весьма сложную информацию.

Успехи ученых пока не слишком масштабны. Все, что удалось сделать, — это создать аналог нейрона размером 150x200 мкм. И этот аналог смог передавать информацию посредством ионов в водном растворе. Разработчики не называют синапс синапсом, в работе применяют иное название — ионный мемристор.

От мемристора до создания сколь-нибудь значимой модели мозга ^[1] — как до Луны. Но кое-какие достижения все же есть. Мемристор — это микроскопический канал конической формы. Внутри — водный раствор соли. Соответственно, если воздействовать на него электричеством, возникает ток, меняется концентрация ионов. При этом проводимость самого канала варьируется в зависимости от интенсивности или продолжительности импульса.

Длина канала в значительной степени возникает на срок, который нужен для исчезновения изменений концентрации. Соответственно, можно использовать технологию для хранения и обработки данных — примерно так же, как это происходит с нашим мозгом ^[1].

По мнению создателей искусственного синапса, открытие достаточно важное, поскольку позволяет использовать просто солевой раствор для работы искусственного «мозга». В ближайшем будущем ученые планируют активно развивать проект, например, создать на его основе новые виды компьютерных систем — весьма экономичных и при этом производительных.

Состоит он из двух мягких полимерных электродов. Они разделены желобом ^[2], заполненным электролитом. Соответственно, он сам играет важную роль синаптической щели, которая разделяет сообщающиеся нейроны в мозге ^[1]. Если клетки помещаются на электрод, нейротрансимметры, выделяемые клетками, могут реагировать с электродом, производя ионы.

Они, в свою очередь, постепенно переходят ко второму электроду через желоб и модулируют проводящее состояние электрода. Некоторые изменения сохраняются, что позволяет ученым говорить о выполнении системой процесса обучения, который реализуется и в природе.

Источник ^[3].

По мнению экспертов ^[4], в итоге происходит примерно такое же обучение, как и в обычном мозге ^[1]. Такой способ весьма эффективен с точки зрения энергии. Дело в том, что вычисления и хранение памяти реализуются на протяжении одного действия. А вот если проводить аналогию с цифрой — то ситуация иная, ведь данные в компьютерных системах сначала обрабатываются, а потом — перемещаются в хранилище.

Вполне может быть, что новая разработка станет основой для создания высокоэффективных и энергосберегающих компьютерных систем, значительно превзойдя существующие технологии в этом направлении.

Если разработку будут совершенствовать, может появиться новый тип вычислительных систем. Дело в том, что мозг ^[1] — крайне энергоэффективен, и ученые со всего мира пытаются моделировать его работу. Возможно, рано или поздно это удастся, но ясно, что в таком случае придется применять водно-солевой раствор, что в современных ПК пока неприемлемо.

Источник ^[3].

Новые модели смогут быть функционально похожи на мозг ^[1] с использованием в качестве основной технологии — тех самых синапсов из статьи. Ведь именно они играют главную роль в запоминании, меняют конфигурацию и связи между нейронами. Тем не менее, до создания более-менее сложного мозга ^[1] еще далеко. У обычного человека около 100 млрд нейронов, которые соединяются аксонами и дендритами.

Основное достоинство «биологических компьютеров», которые рано или поздно могут быть созданы, — это параллельное решение большого количества задач. И главную роль здесь играют синапсы, которые меняют не только конфигурацию, но и связи между нейронами.

Стоит отметить, что ученые в разное время пытались создать нечто подобное, но у большинства ничего не вышло. Хотелось бы надеяться, что новая разработка позволит приблизить время создания быстрых и энергоэффективных устройств.

• Как мы перезапустили дизайн-систему: ошибки и лучшие практики ^[5]
• Ретроспектива: как поменялся образ айтишника в кино за 60 лет ^[6]
• Что такое сетевые интерфейсы и как они устроены ^[7]