Команда исследователей из Университета Лафборо (Великобритания), Института Солка (США) и Университета Южной Калифорнии (США) создала искусственный нейрон, который с абсолютной точностью имитирует работу нескольких областей мозга. Это открытие способно привести к появлению роботов, способных чувствовать и реагировать подобно живым организмам.
Устройство, названное «транснейроном», способно переключаться между функциями, которые в мозге выполняют разные клетки — от обработки зрительной информации до планирования движений. Эта гибкость раньше считалась исключительным свойством биологических систем. Результаты невероятного прорыва были опубликованы в журнале Nature Communications.
Проверка на реальных данных
Авторы изобретения провели ключевой эксперимент: подавали на транснейрон электрические сигналы и сравнивали его реакцию с активностью нейронов, записанной у обезьян. Регулируя настройки, исследователи смогли добиться от одного-единственного искусственного нейрона воспроизведения импульсных паттернов трех разных областей мозга с точностью от 70% до 100%.
«Мы показали, что один искусственный нейрон можно настроить так, чтобы он воспроизводил поведение зрительных, моторных и премоторных нейронов, — пояснил профессор Сергей Савельев, физик-теоретик из Университета Лафборо и ведущий автор исследования. — Это открывает дверь к разработке электронных чипсетов, способных выполнять сложные функции, похожие на работу мозга — от интерпретации зрительной информации до управления движением и действиями — все это в небольших устройствах, использующих всего несколько искусственных нейронов».
Устройство не просто копирует поведение нейронов — оно осуществляет вычислительные операции так же, как биологические клетки. Когда исследователи изменяли входящие электрические сигналы, транснейрон соответствующим образом регулировал скорость своих импульсов. При подаче двух сигналов одновременно он реагировал по-разному в зависимости от их временных характеристик, что обычно требует совместной работы нескольких искусственных нейронов.
Секрет гибкости
Адаптивность устройства обеспечивается мемристором — наноразмерным компонентом, физические параметры которого меняются под действием электричества. Атомы серебра внутри него сводят и разводят микроскопические «мосты», порождая электрические импульсы. Изменяя напряжение или температуру, можно заставить одно и то же устройство имитировать разные типы нейронов без какого-либо перепрограммирования.
Путь к искусственному интеллекту следующего поколения
Следующая цель ученых — создать «кору головного мозга на чипе», объединив множество транснейронов в сложные сети. Такие системы позволят роботам обучаться гораздо эффективнее, нуждаясь в меньшем количестве энергии, времени и данных, и при этом непрерывно накапливать опыт на протяжении всей жизни.
Как отмечает доктор Павел Борисов, физик-теоретик и соавтор исследования из Университета Лафборо, в перспективе эти устройства смогут напрямую взаимодействовать с нервной системой человека и даже помочь в изучении природы человеческого сознания.
Читайте также: Нейроморфные компьютеры: когда железо «мыслит» как мозг.
