Inteligența artificială: un cip conceput pentru a simula activitatea creierului

Timp de mai multe decenii, oamenii de stiinta au visat crearea unui sistem informatic care ar putea replica talentul creierului uman pentru a explora noi provocari.

Oamenii de stiinta de la Massachusetts Institute of Technology au facut acum un pas important spre acest obiectiv prin dezvoltarea unui cip de calculator care imita mecanismul de adaptare a neuronilor cerebrale ca raspuns la noile informatii. Acest fenomen, cunoscut sub numele de plasticitate, este considerat de oamenii de stiinta ca fiind baza multor functii ale creierului, incluzand invatarea si memoria.

Aproximativ 400 de tranzistori și un cip de siliciu pot simula activitatea unei singure sinapse a creierului - o conexiune între doi neuroni, care facilitează transferul de informații de la un neuron la altul. Cercetatorii se asteapta ca acest cip va ajuta Neurologii afla mai multe despre creier, și poate fi, de asemenea, utilizate în dezvoltarea de dispozitive protetice neuronale, cum ar fi retina artificiala, spune managerul de proiect Chi-Sang Poon.

Simularea sinapselor

În creier, există aproximativ 100 de miliarde de neuroni, fiecare dintre care formează sinapse cu un număr mare de alți neuroni. Synapse - diferența dintre doi neuroni (neuroni presinaptici și postsynaptici). Neuron presinaptic eliberează neurotransmițători, cum ar fi glutamat si GABA, care se leagă de receptorii de pe membrana celulelor postsinaptică, activarea canalelor ionice. Deschiderea și închiderea acestor canale duce la o schimbare a potențialului electric al celulei. Dacă potențialul se schimbă destul de dramatic, celula declanșează un impuls electric numit potențialul de acțiune.

Toată activitatea sinaptică depinde de canalele ionice, care controlează fluxul de ioni încărcați, cum ar fi sodiu, potasiu și calciu. Aceste canale sunt, de asemenea, cheia în două procese cunoscute ca potențare pe termen lung (LTP) și depresie pe termen lung (LLC), care, respectiv, întăresc și slăbesc sinapsele.

Oamenii de știință și-au dezvoltat propriul cip de calculator, astfel încât tranzistorii pot imita activitatea diferitelor canale ionice. În timp ce majoritatea jetoanelor funcționează în modul binar - "on / off", curenții electrici de pe circuitul nou se deplasează prin tranzistori în modul analogic. Gradientul potențialului electric determină curgerea fluxului prin tranzistoare în același mod în care ionii trec prin canalele ionice din celulă.

"Putem regla parametrii circuitului pentru concentrarea pe un anumit canal ionic", spune Poon. "Acum avem o modalitate de a surprinde fiecare proces ionic care se întâmplă în neuron".

Noul cip este un „progres semnificativ în eforturile de studiul neuronilor biologice și plasticitatea sinaptică în CMOS [complementare de metal-oxid-semiconductor] cip“, spune Dean Buonomano, profesor de neurobiologie la Universitatea din California din Los Angeles, adăugând că „nivelul de realism biologic , este impresionant.

Oamenii de știință intenționează să utilizeze cipul lor pentru a crea sisteme pentru modelarea funcțiilor specifice neuronale, cum ar fi un sistem de procesare vizuală. Astfel de sisteme ar putea fi mult mai rapide decât computerele digitale. Chiar și pe sistemele informatice de înaltă performanță, sunt necesare ore sau zile pentru a simula circuite simple ale creierului. Cu sistemul de cipuri analogice, simularea este mai rapidă decât în sistemele biologice.

O altă aplicare potențială a acestor cipuri, ajustarea interacțiunii cu sistemele biologice, cum ar fi retina artificială și creierul. În viitor, aceste cipuri pot deveni blocuri standard pentru dispozitivele de inteligență artificială, spune Poon.