Umelá inteligencia: bol vyvinutý čip, ktorý napodobňuje činnosť mozgu

Vedci už desaťročia snívajú o vytvorení počítačového systému, ktorý by dokázal replikovať talent ľudského mozgu učiť sa nové problémy.

Vedci z Massachusettského technologického inštitútu teraz urobili významný krok k dosiahnutiu tohto cieľa vývojom počítačového čipu, ktorý napodobňuje spôsob, akým sa mozgové neuróny prispôsobujú v reakcii na nové informácie. Predpokladá sa, že tento jav, známy ako plasticita, je základom mnohých mozgových funkcií vrátane učenia a pamäte.

S približne 400 tranzistormi dokáže kremíkový čip napodobniť aktivitu jednej mozgovej synapsie – spojenia medzi dvoma neurónmi, ktoré uľahčuje prenos informácií z jedného neurónu do druhého. Vedci očakávajú, že čip pomôže neurovedcom dozvedieť sa oveľa viac o tom, ako mozog funguje, a mohol by sa tiež použiť na vývoj neurálnych protéz, ako sú umelé sietnice, hovorí vedúci projektu Chi-Sang Poon.

Modelovanie synapsií

V mozgu sa nachádza približne 100 miliárd neurónov, z ktorých každý vytvára synapsie s mnohými ďalšími neurónmi. Synapsia je priestor medzi dvoma neurónmi (presynaptickými a postsynaptickými neurónmi). Presynaptický neurón uvoľňuje neurotransmitery, ako je glutamát a GABA, ktoré sa viažu na receptory na postsynaptickej membráne bunky a aktivujú iónové kanály. Otváranie a zatváranie týchto kanálov spôsobuje zmenu elektrického potenciálu bunky. Ak sa potenciál dostatočne dramaticky zmení, bunka vyšle elektrický impulz nazývaný akčný potenciál.

Všetka synaptická aktivita závisí od iónových kanálov, ktoré riadia tok nabitých iónov, ako je sodík, draslík a vápnik. Tieto kanály sú tiež kľúčové v dvoch procesoch známych ako dlhodobá potenciácia (LTP) a dlhodobá depresia (LTD), ktoré posilňujú a oslabujú synapsie.

Vedci navrhli svoj počítačový čip tak, aby tranzistory dokázali napodobňovať aktivitu rôznych iónových kanálov. Zatiaľ čo väčšina čipov pracuje v binárnom režime zapnutia/vypnutia, elektrické prúdy na novom čipe pretekajú tranzistormi v analógovom režime. Gradient elektrického potenciálu spôsobuje, že prúd preteká tranzistormi rovnakým spôsobom, ako ióny pretekajú iónovými kanálmi v bunke.

„Môžeme vyladiť parametre obvodu tak, aby sa zameral na konkrétny iónový kanál,“ hovorí Poon. „Teraz máme spôsob, ako zachytiť každý iónový proces, ktorý sa deje v neuróne.“

Nový čip predstavuje „významný pokrok v úsilí o štúdium biologických neurónov a synaptickej plasticity na CMOS [komplementárnom kovovo-oxidovo-polovodičovom] čipe,“ hovorí Dean Buonomano, profesor neurobiológie na Kalifornskej univerzite v Los Angeles, a dodáva, že „úroveň biologického realizmu je pôsobivá.“

Vedci plánujú použiť svoj čip na vytvorenie systémov na simuláciu špecifických neurálnych funkcií, ako je napríklad systém vizuálneho spracovania. Takéto systémy by mohli byť oveľa rýchlejšie ako digitálne počítače. Dokonca aj vysokovýkonným počítačovým systémom trvá simulácia jednoduchých mozgových obvodov hodiny alebo dni. Vďaka analógovému systému čipu sú simulácie rýchlejšie ako v biologických systémoch.

Ďalším potenciálnym využitím týchto čipov je prispôsobenie interakcií s biologickými systémami, ako sú umelé sietnice a mozgy. V budúcnosti by sa tieto čipy mohli stať stavebnými kameňmi pre zariadenia s umelou inteligenciou, hovorí Poon.