Ученые создали искусственный аналог синапса нейронов

синапс искусственный

Американские ученые физики создали первый полупроводниковый аналог синапса — соединения между нервными клетками, что даст возможность создавать вычислительные системы, имитирующие работу мозга, и изучать его секреты в «железе», сообщается в статье, опубликованной в журнале ACS Nano. Основные положения публикации приводятся в РИА Новости.
«Главной отличительной чертой синапсов является то, что они могут одновременно передавать как возбуждающие, так и тормозящие сигналы в другие нервные клетки. Все попытки смоделировать их устройство требуют использования 10-20 транзисторов, комбинация которых позволяет имитировать только одно нервное окончание. Мозг человека, в свою очередь, содержит 100 триллионов синапсов», — рассказывает Хань Ван (Han Wang) из университета Южной Калифорнии в Сан-Франциско (США).

Синапсы, или нервные окончания, представляют собой уникальные структуры на поверхности нейронов, которые позволяют им передавать информацию в виде электрических и химических сигналов в соседние нервные клетки, обмениваясь с ними особыми молекулами-нейротрансмиттерами. В клетках мозга человека и других животных содержатся десятки веществ, часть из которых возбуждает нейроны, заставляя их чаще вырабатывать сигналы, а другие — приводят к торможению их работы.





В синапсах содержится множество отделов с подобными веществами, которые они передают в соединенную с ним нейрон при поступлении соответствующего сигнала в нервную клетку от других клеток, соединенных с ней их собственными нервными окончаниями. Как недавно выяснили ученые, живые нейроны, в отличие от транзисторов и рукотворных аналогов нервных клеток, могут одновременно передавать и тормозящие, и возбуждающие сигналы и «переключаться» между разными режимами работы, что придает им огромную гибкость в работе.

Ван и его коллеги создали первый полноценный аналог синапса, собрав своеобразный комплекс из нескольких частей разных полупроводников — так называемого «черного» фосфора и селенида олова, а также двух золотых контактных площадок и подложки из двуокиси кремния.

Ключевая часть этого искусственного синапса — тонкий слой оксида фосфора, разделяющий фосфорный полупроводник и подложку, как рассказывают ученые, может показаться многим ученым ошибкой или дефектом производства, так как такие слои обычно возникают при плохой изоляции микросхем и при их контакте с воздухом во время изготовления.

На самом деле, эта часть «бутерброда» Вана и его коллег позволяет ему переключаться между разными режимами работы, пропуская или не пропуская ток при приложении электрического поля к одному или двум золотым электродам. То, как много пропускает тока этот слой, можно гибко менять, применяя эти электроды, что позволяет ему практически полностью имитировать то, как работают синапсы и нервные клетки в целом.

Соответственно, комбинации большого числа подобных искусственных аналогов нервных окончаний можно применять не только при создании искусственных нейросетей, не тратя на это огромное число транзисторов или вычислительных ресурсов, но и для создания аналогов искусственного мозга и цепочек нейронов живых существ и изучения того, как они работают.
Источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *