Тези синтетични неврони използват йони, за да задържат „спомените“, точно както нашите мозъци правят

(Rost-9D/iStock/Getty Images)

Учените създадоха ключови части от синтетични мозъчни клетки, които могат да задържат клетъчни „спомени“ за милисекунди. Постижението може един ден да доведе до компютри, които работят като човешкия мозък.

Тези части, използвани за моделиране на изкуствена мозъчна клетка, използват заредени частици, наречени йони, за да произведат електрически сигнал, по същия начин, по който информацията се прехвърля между невроните в мозъка ви.

Настоящите компютри могат да правят невероятни неща, но тази процесорна мощ идва с висока цена на енергия. За разлика от това, човешки мозък е забележително ефективен, като използва приблизително енергията, съдържаща се в два банана, за да свърши цял ден работа.

Въпреки че причините за тази ефективност не са напълно ясни, учените смятат, че ако могат да направят компютър, който прилича повече на човешкия мозък, той ще изисква много по-малко енергия.

Един от начините, по който учените се опитват да възпроизведат биологичната машина на мозъка, е като използват силата на йоните, заредените частици, които мозъкът разчита, за да произвежда електричество .

Свързани: Вътре в мозъка: фотопътешествие във времето

Изкуствени неврони

(Пол Робин, лаборатория по физика на ENS (CNRS/ENS-PSL/Sorbonne University/University of Paris)

горе: Прототип на изкуствен неврон на изследователите.

В новото проучване, публикувано в сп Наука на 6 август изследователи от Centre national de la recherche scientifique в Париж, Франция, създадоха компютърен модел на изкуствени неврони, които могат да произвеждат същия вид електрически сигнали, които невроните използват за пренос на информация в мозъка; чрез изпращане на йони през тънки канали от вода, за да имитират истински йонни канали, изследователите биха могли да произведат тези електрически шипове.

И сега те дори създадоха физически модел, включващ тези канали като част от непубликуваните, текущи изследвания.

„Доколкото ми е известно, това е първият път, когато хората [са правили] това с йони“, каза съавторът на изследването Лидерик Боке, физик от École Normale Supérieure.

На по-фино ниво изследователите създадоха система, която имитира процеса на генериране на потенциал за действие – пикове в електрическата активност, генерирана от неврони, които са в основата на мозъчната дейност. За да генерира потенциал за действие, неврон започва да пуска по -положителни йони, които са привлечени от отрицателните йони вътре в клетката.

Електрическият потенциал, или волтаж през клетъчната мембрана, предизвиква отваряне на вратички в клетката, наречени волтаж-зависими йонни канали, повишавайки заряда още повече, преди клетката да достигне пик и да се върне към нормалното си състояние няколко милисекунди по-късно. След това сигналът се предава на други клетки, което позволява на информацията да пътува в мозъка.

За да имитират волтаж-зависими йонни канали, изследователите моделираха тънък слой вода между листовете от графен , които са изключително тънки листове карбон. Водните слоеве в симулациите са с една, две или три молекули в дълбочина, което изследователите характеризират като квази-двуизмерен процеп.

Bocquet каза, че изследователите са искали да използват тази двуизмерна среда, тъй като частиците са склонни да реагират много по-силно в две измерения, отколкото в три, и те показват различни свойства в две измерения, които изследователите смятат, че могат да бъдат полезни за техния експеримент.

„Във физиката две измерения са много странни“, каза Боке. „Така че очаквате да се появят нови неща.“

Тествайки модела в компютърна симулация, изследователите установиха, че когато приложат електрическо поле към канала, йоните във водата образуват подобни на червеи структури.

Тъй като екипът приложи по-голямо електрическо поле в симулацията, тези структури ще се разпаднат достатъчно бавно, за да оставят след себе си памет ,“ или намек за удължената конфигурация.

Когато изследователите проведоха симулация, свързваща два канала и други компоненти, за да имитират поведението на неврон, те откриха, че моделът може да генерира пикове в електрическата активност като потенциали на действие и че „запомня“ последователни свойства в две различни състояния – едното, при което йони провеждаха повече електричество и такова, където те провеждаха по -малко.

В тази симулация „паметта“ на предишното състояние на йоните продължи няколко милисекунди, приблизително същото време, което е необходимо на истинските неврони, за да произведат потенциал за действие и да се върнат в състояние на покой.

Това е доста дълъг период от време за йони, които обикновено действат във времеви мащаби от наносекунди или по-малко. В истински неврон потенциалът за действие се равнява на клетъчна памет в неврона; Мозъците ни използват отвора и затварянето на йонните канали, за да създадат този вид памет.

'В крайна сметка имаме подобна памет, но причината за явлението е много различна', каза Боккет.

Изготвяне на „памет“

Новият модел е версия на електронен компонент, наречен мемристор или резистор с памет, който има уникалното свойство да запазва информация от своята история. Но съществуващите мемристори не използват течност, както прави мозъкът.

„Типичните мемристори, с които работя аз и други хора в литературата работят, са мемристори в твърдо състояние“, каза Джина Адам, асистент по електротехника и компютърно инженерство в университета „Джордж Вашингтон“, която не участва в проучването. Това ново изследване за създаване на течни мемристори е „много обещаващо и много интригуващо“, добави Адам.

Тя каза още, че докато практическите компютри, подобни на мозъка, вероятно са далече, това изследване може също така да помогне на учените да разберат по-добре как мозъкът обработва информация и да разработят нови теории за подобни на мозъка изчисления.

Откакто провежда това изследване с компютърни симулации, Боке казва, че той и сътрудниците му от университета в Манчестър в Обединеното кралство са оживили своята теория, използвайки я, за да създадат изкуствен синапс, частта от неврон, която предава електрически сигнали, и са започна да прави експерименти с него.

'Вълнуващо е, защото сега е детска площадка', каза Бокет. „Можем да изследваме тези неща активно.“

Свързано съдържание:

Известният трик за паметта на Шерлок Холмс наистина работи

Вижте снимки на мозъка на Алберт Айнщайн

От мозъка на Дино до контрола на мисълта - 10 завладяващи находки на мозъка

Тази статия е публикувана първоначално от Наука на живо . Прочетете оригиналната статия тук .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.