Помню, как меня поразила идея позитронного мозга из романов и рассказов Айзека Азимова. К сожалению, несмотря на научные достижения за последние десятилетия, сегодня нет ничего подобного. Уж слишком сложным оказался не только мозг человека, но и животных, чтобы можно было искусственно создать что-то подобное. Тем не менее, определенные успехи в этом направлении есть. Подробности под катом.
Что там за достижения?
Буквально на днях объединенной команде ученых, состоящей и физиков-теоретиков и экспериментаторов, удалось создать искусственный синапс. Стоит напомнить, что синапс (греч. σύναψις, от συνάπτειν — соединение, связь) — место контакта между двумя нейронами или нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться.
И это серьезный проект, результаты которого были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). По мнению создателей синапса, он является доказательством того, что система, находящаяся примерно в такой же среде, как и мозг человека, может обрабатывать весьма сложную информацию.
Успехи ученых пока не слишком масштабны. Все, что удалось сделать, — это создать аналог нейрона размером 150×200 мкм. И этот аналог смог передавать информацию посредством ионов в водном растворе. Разработчики не называют синапс синапсом, в работе применяют иное название — ионный мемристор.
От мемристора до создания сколь-нибудь значимой модели мозга — как до Луны. Но кое-какие достижения все же есть. Мемристор — это микроскопический канал конической формы. Внутри — водный раствор соли. Соответственно, если воздействовать на него электричеством, возникает ток, меняется концентрация ионов. При этом проводимость самого канала варьируется в зависимости от интенсивности или продолжительности импульса.
Длина канала в значительной степени возникает на срок, который нужен для исчезновения изменений концентрации. Соответственно, можно использовать технологию для хранения и обработки данных — примерно так же, как это происходит с нашим мозгом.
По мнению создателей искусственного синапса, открытие достаточно важное, поскольку позволяет использовать просто солевой раствор для работы искусственного «мозга». В ближайшем будущем ученые планируют активно развивать проект, например, создать на его основе новые виды компьютерных систем — весьма экономичных и при этом производительных.
На что способен искусственный синапс
Состоит он из двух мягких полимерных электродов. Они разделены желобом, заполненным электролитом. Соответственно, он сам играет важную роль синаптической щели, которая разделяет сообщающиеся нейроны в мозге. Если клетки помещаются на электрод, нейротрансимметры, выделяемые клетками, могут реагировать с электродом, производя ионы.
Они, в свою очередь, постепенно переходят ко второму электроду через желоб и модулируют проводящее состояние электрода. Некоторые изменения сохраняются, что позволяет ученым говорить о выполнении системой процесса обучения, который реализуется и в природе.
По мнению экспертов, в итоге происходит примерно такое же обучение, как и в обычном мозге. Такой способ весьма эффективен с точки зрения энергии. Дело в том, что вычисления и хранение памяти реализуются на протяжении одного действия. А вот если проводить аналогию с цифрой — то ситуация иная, ведь данные в компьютерных системах сначала обрабатываются, а потом — перемещаются в хранилище.
Вполне может быть, что новая разработка станет основой для создания высокоэффективных и энергосберегающих компьютерных систем, значительно превзойдя существующие технологии в этом направлении.
Что дальше?
Если разработку будут совершенствовать, может появиться новый тип вычислительных систем. Дело в том, что мозг — крайне энергоэффективен, и ученые со всего мира пытаются моделировать его работу. Возможно, рано или поздно это удастся, но ясно, что в таком случае придется применять водно-солевой раствор, что в современных ПК пока неприемлемо.
Новые модели смогут быть функционально похожи на мозг с использованием в качестве основной технологии — тех самых синапсов из статьи. Ведь именно они играют главную роль в запоминании, меняют конфигурацию и связи между нейронами. Тем не менее, до создания более-менее сложного мозга еще далеко. У обычного человека около 100 млрд нейронов, которые соединяются аксонами и дендритами.
Основное достоинство «биологических компьютеров», которые рано или поздно могут быть созданы, — это параллельное решение большого количества задач. И главную роль здесь играют синапсы, которые меняют не только конфигурацию, но и связи между нейронами.
Стоит отметить, что ученые в разное время пытались создать нечто подобное, но у большинства ничего не вышло. Хотелось бы надеяться, что новая разработка позволит приблизить время создания быстрых и энергоэффективных устройств.
