- 22,244
- 46
- 8 Ноя 2022
Нейробиологи снова играют в бога. Зрительная кора, моторика и центр планирования в маленькой микросхеме.
Учёные создали искусственный нейрон , способный воспроизводить активность, характерную для различных областей мозга. Один аппаратный элемент демонстрирует поведение, напоминающее работу клеток зрительной коры, нейронов, участвующих в планировании движений, и элементов моторной коры. Он формирует импульсные последовательности, как это делает живая нервная ткань, и тем самым приближает электронные схемы к биологическому типу вычислений.
Проект выполнен исследователями из Университета Лафборо совместно с Институтом Салка и Университетом Южной Калифорнии. Команда стремилась создать не просто электронный аналог нервной клетки, а компонент, который меняет характер электрической активности в зависимости от настроек. В традиционных архитектурах каждый искусственный узел выполняет единственную функцию, тогда как новый транснейрон перестраивает режим работы при изменении электрического режима, переходя между разными типами нейрофизиологической динамики.
Авторы работы отмечают, что устройство воспроизводит схемы импульсов, свойственные нейронам, отвечающим за обработку зрительных стимулов, подготовку моторных действий и контроль движений. Для проверки моделировали электрические входы и сопоставляли реакцию транснейрона с записями нейрофизиологической активности макаки. Компонент повторил характерные формы импульсов из трёх участков мозга с точностью до 100 процентов — от стабильных серий до нерегулярных всплесков, свойственных более комплексным когнитивным процессам.
Профессор Александр Баланов объясняет, что переход между типами активности достигается небольшими сдвигами электрических параметров. Транснейрон также реагирует на внешние воздействия — например, изменение давления или температуры — что делает его подходящим кандидатом для сенсорных систем, преобразующих физические сигналы среды в импульсы, похожие на нервные.
Важная особенность заключается в том, что компонент не ограничивается воспроизведением биологических импульсов. Он способен обрабатывать информацию: при изменении входного сигнала транснейрон перестраивает частоту импульсов по тем же принципам, что и реальные нейроны. При одновременной подаче двух стимулов реакция зависит от разницы во времени между ними, что демонстрирует временную чувствительность. В обычных искусственных сетях подобные эффекты требуют работы нескольких узлов, однако здесь сложное поведение реализовано в рамках единственного аппаратного элемента.
Основой транснейрона служит мемристор — нанокомпонент , проводимость которого изменяется под действием тока. Внутри структуры серебряные атомы формируют или разрушают микроскопические проводящие мостики, и перестройка этих каналов создаёт импульсы. Мемристоры давно рассматриваются как платформа для нейроморфных схем , а в данной работе их возможности использованы так, что один аппаратный узел совмещает имитацию биологической активности и вычисления непосредственно в материале.
Результаты исследования показывают, что отдельный электронный нейрон может выполнять функции небольшой сети и генерировать сложное поведение без опоры на многоуровневые архитектуры. Это открывает путь к аппаратным чипам нового типа , которые будут решать задачи восприятия и моторного контроля с меньшими затратами, а роботы получат возможность реагировать на внешнюю среду значительно естественнее, чем современные машины.
Учёные создали искусственный нейрон , способный воспроизводить активность, характерную для различных областей мозга. Один аппаратный элемент демонстрирует поведение, напоминающее работу клеток зрительной коры, нейронов, участвующих в планировании движений, и элементов моторной коры. Он формирует импульсные последовательности, как это делает живая нервная ткань, и тем самым приближает электронные схемы к биологическому типу вычислений.
Проект выполнен исследователями из Университета Лафборо совместно с Институтом Салка и Университетом Южной Калифорнии. Команда стремилась создать не просто электронный аналог нервной клетки, а компонент, который меняет характер электрической активности в зависимости от настроек. В традиционных архитектурах каждый искусственный узел выполняет единственную функцию, тогда как новый транснейрон перестраивает режим работы при изменении электрического режима, переходя между разными типами нейрофизиологической динамики.
Авторы работы отмечают, что устройство воспроизводит схемы импульсов, свойственные нейронам, отвечающим за обработку зрительных стимулов, подготовку моторных действий и контроль движений. Для проверки моделировали электрические входы и сопоставляли реакцию транснейрона с записями нейрофизиологической активности макаки. Компонент повторил характерные формы импульсов из трёх участков мозга с точностью до 100 процентов — от стабильных серий до нерегулярных всплесков, свойственных более комплексным когнитивным процессам.
Профессор Александр Баланов объясняет, что переход между типами активности достигается небольшими сдвигами электрических параметров. Транснейрон также реагирует на внешние воздействия — например, изменение давления или температуры — что делает его подходящим кандидатом для сенсорных систем, преобразующих физические сигналы среды в импульсы, похожие на нервные.
Важная особенность заключается в том, что компонент не ограничивается воспроизведением биологических импульсов. Он способен обрабатывать информацию: при изменении входного сигнала транснейрон перестраивает частоту импульсов по тем же принципам, что и реальные нейроны. При одновременной подаче двух стимулов реакция зависит от разницы во времени между ними, что демонстрирует временную чувствительность. В обычных искусственных сетях подобные эффекты требуют работы нескольких узлов, однако здесь сложное поведение реализовано в рамках единственного аппаратного элемента.
Основой транснейрона служит мемристор — нанокомпонент , проводимость которого изменяется под действием тока. Внутри структуры серебряные атомы формируют или разрушают микроскопические проводящие мостики, и перестройка этих каналов создаёт импульсы. Мемристоры давно рассматриваются как платформа для нейроморфных схем , а в данной работе их возможности использованы так, что один аппаратный узел совмещает имитацию биологической активности и вычисления непосредственно в материале.
Результаты исследования показывают, что отдельный электронный нейрон может выполнять функции небольшой сети и генерировать сложное поведение без опоры на многоуровневые архитектуры. Это открывает путь к аппаратным чипам нового типа , которые будут решать задачи восприятия и моторного контроля с меньшими затратами, а роботы получат возможность реагировать на внешнюю среду значительно естественнее, чем современные машины.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
