26 апр 2023 5 929

Человеческий мозг и нанопроводные сети: найдены странные сходства

Международная группа под руководством ученых из Сиднейского университета продемонстрировала, что нанопроводные сети могут обладать как краткосрочной, так и долговременной памятью, подобно человеческому мозгу. Исследование опубликовано в журнале Science Advances под руководством доктора Алона Леффлера.

Мы обнаружили, что когнитивные функции более высокого порядка, которые мы обычно связываем с человеческим мозгом, можно эмулировать в небиологическом оборудовании. Эта работа основана на нашем предыдущем исследовании, в котором мы показали, как нанотехнологии могут быть использованы для создания электрического устройства на основе мозга со схемами, подобными нейронным сетям, и сигналами, подобными синапсам.
Наша текущая работа прокладывает путь к воспроизведению мозгоподобного обучения и памяти в небиологических аппаратных системах и предполагает, что основная природа мозгоподобного интеллекта может быть физической

— доктор Леффлер.

Нанопроводные сети — это тип нанотехнологий, обычно изготавливаемых из крошечных серебряных проводов с высокой проводимостью, невидимых невооруженным глазом. Проводники покрыты пластиковым материалом и пересекаются в пространстве как сетка. Провода имитируют аспекты сетевой физической структуры человеческого мозга.

Достижения в области нанопроводных сетей могут предвещать множество реальных приложений, таких как улучшение робототехники или сенсорных устройств, которым необходимо быстро принимать решения в непредсказуемых условиях.

Эта сеть нанопроводов похожа на синтетическую нейронную сеть, потому что нанопровода действуют как нейроны, а места, где они соединяются друг с другом, аналогичны синапсам. Вместо того чтобы реализовать задачу машинного обучения, в этом исследовании доктор Леффлер фактически сделал еще один шаг вперед и попытался продемонстрировать, что нанопроводные сети выполняют какую-то когнитивную функцию

— профессор Зденка Кунчич.

Чтобы проверить возможности сети нанопроводов, исследователи дали ей задачу, похожий на обычный тест памяти, используемый в экспериментах по психологии человека, так называемую задачу N-Back.

Для человека задание N-Back может включать в себя, например, запоминание определенного изображения кошки из серии последовательных изображений. Оценка N-Back, равная 7, средняя для людей, указывает на то, что человек может распознать ту же кошку, которую видел семь шагов назад.

Применительно к сети нанопроводов исследователи обнаружили, что она может «запоминать» желаемую конечную точку в электрической цепи на семь шагов назад, что означает 7 баллов в тесте N-Back.

То, что мы сделали, — манипулирование напряжениями концевых электродов, чтобы заставить связи измениться, вместо того, чтобы позволить сети просто делать свое дело. Мы заставили связи возникать там, где мы хотели. Когда мы реализовали этот метод, нанопамять получила гораздо более высокую точность, которая не уменьшалась со временем. По сути сеть запоминала выбранный алгоритм работы

— доктор Леффлер.

Неврологи считают, что именно так работает мозг: одни синаптические связи усиливаются, а другие ослабевают, и считается, что именно так мы предпочтительнее запоминаем некоторые вещи.

Исследователи отметили, что когда сеть нанопроводов постоянно подвергается обучению, она достигает точки, когда обучение больше не требуется, поскольку информация консолидируется в памяти.