בינה מלאכותית: שבב שנועד לדמות פעילות מוחית

במשך עשורים רבים חלו המדענים על יצירת מערכת מחשב שיכולה לשכפל את כישרונו של המוח האנושי כדי לחקור אתגרים חדשים.

מדענים ממכון הטכנולוגי של מסצ 'וסטס נקטו עכשיו צעד חשוב לקראת מטרה זו על ידי פיתוח שבב מחשב המחקה את מנגנון התאמת נוירונים במוח בתגובה למידע חדש. תופעה זו, הידועה כפלסטיות, מאמינה כי המדענים עומדים ביסוד תפקודי מוח רבים, כולל למידה וזיכרון.

כ -400 טרנזיסטורים ושבב סיליקון יכולים לדמות את הפעילות של סינפסה אחת במוח - חיבור בין שני נוירונים, המאפשר העברת מידע מנוירון אחד לאחר. החוקרים צופים כי שבב זה יעזור למדעי המוח ללמוד הרבה יותר על עבודתו של המוח, והוא יכול לשמש גם בפיתוח של תותבים עצביים, כגון רשתית מלאכותית, אומר מנהל הפרויקט צ'י-סאנג-פון.

סימולציה של סינפסות

במוח, ישנם כ -100 מיליארד נוירונים, שכל אחד מהם יוצר סינפסות עם מספר רב של נוירונים אחרים. סינפסה - הפער בין שני נוירונים (נוירונים presynaptic ו postsynaptic). הנוירון presynaptic מפריש נוירוטרנסמיטורים כגון גלוטמט ו- GABA, אשר נקשרים קולטנים על הממברנה postsynaptic של התא, הפעלת ערוצי יון. פתיחה וסגירה של ערוצים אלה מובילה לשינוי הפוטנציאל החשמלי של התא. אם הפוטנציאל משתנה באופן דרמטי, התא גורם לדחף חשמלי הקרוי פוטנציאל פעולה.

כל הפעילות הסינפטית תלויה בערוצי היונים, השולטים על זרימת היונים הטעונים, כגון נתרן, אשלגן וסידן. ערוצים אלה הם גם המפתח בשני תהליכים הידועים בשם potentiation לטווח ארוך (LTP) ודיכאון לטווח ארוך (LLC), אשר בהתאמה לחזק ולהחליש סינפסות.

מדענים פיתחו שבב המחשב שלהם, כך טרנזיסטורים יכול לחקות את הפעילות של ערוצי יון שונים. בעוד שרוב הצ 'יפס עובד במצב בינארי - "on / off", זרמים חשמליים על שבב חדש לזרום דרך הטרנזיסטורים במצב אנלוגי. שיפוע הפוטנציאל החשמלי גורם לזרימה לזרום דרך הטרנזיסטורים באותו אופן שבו היונים עוברים דרך תעלות היונים בתא.

"אנחנו יכולים להתאים את הפרמטרים המעגל עבור ריכוז על ערוץ יון מסוים," אומר פון. "עכשיו יש לנו דרך ללכוד כל תהליך יונית שקורה לנוירון".

השבב החדש הוא "התקדמות משמעותית במאמצי המחקר של נוירונים ביולוגיות הפלסטיות הסינפטית ב- CMOS [משלימים תחמוצת מתכת-למחצה] שבב", אומר דיקן Buonomano, פרופסור לנוירוביולוגיה באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, והוסיף כי "רמת הריאליזם ביולוגי , הוא מרשים.

מדענים מתכננים להשתמש בשבב שלהם כדי ליצור מערכות למידול פונקציות עצביות ספציפיות, כגון מערכת עיבוד ויזואלית. מערכות כאלה יכולות להיות הרבה יותר מהר מאשר מחשבים דיגיטליים. גם על מערכות מחשב בעלות ביצועים גבוהים, שעות או ימים נדרשים כדי לדמות מעגלים פשוטים במוח. עם מערכת שבב אנלוגי, סימולציה היא מהירה יותר מאשר במערכות ביולוגיות.

יישום פוטנציאלי נוסף של שבבים אלה, התאמת האינטראקציה עם מערכות ביולוגיות, כגון הרשתית המלאכותית והמוח. בעתיד, שבבים אלה יכולים להיות בלוקים סטנדרטיים עבור מכשירים בינה מלאכותית, אומר פון.