Egyetlen mesterséges neuron 100%-os pontossággal utánozza az agy bizonyos területeit – közeledünk a robotikus idegrendszerekhez

A kutatók olyan technológiát mutattak be, amely néhány éve még sci-finek tűnt volna: egy mesterséges neuront, amely akár 100%-os pontossággal képes utánozni élő idegsejtek működését. Ez az áttörés komoly ugrást jelenthet azok felé a robotok felé, amelyek nemcsak „okosak”, hanem élőlényekhez hasonlóan érzékelnek és reagálnak a környezetükre.

Az új eszközt „transzneuronnak” nevezték el. Ami igazán lenyűgöző benne, az az, hogy egyetlen ilyen egység képes váltogatni a szerepek között, amelyeket a látásért, tervezésért vagy mozgásért felelős agysejtek látnak el. Eddig az ilyen rugalmasságot kizárólag a biológiai idegrendszerek sajátosságának tartották. A kutatást a Loughborough University vezette, a Salk Institute és a University of Southern California közreműködésével, az eredményeket pedig a Nature Communications publikálta.

A mesterséges neuron, amely szinte tökéletesen másolja a valódi agyi aktivitást

A nemzetközi kutatócsoport úgy vizsgálta a transzneuront, hogy elektromos jeleket küldött az eszközbe, majd összehasonlította annak kimenetét makákó majmok valódi neuronjainak adataival. A beállítások finomhangolásával az egyetlen mesterséges neuron három különböző agyi régió – vizuális, motoros és premotoros terület – impulzusmintáit tudta reprodukálni 70–100%-os pontossággal.

„Bebizonyítottuk, hogy egyetlen mesterséges neuron beállítható úgy, hogy reprodukálja a vizuális, motoros és premotoros neuronok viselkedését”

– mondta Szergej Szaveljev professzor, a tanulmány levelező szerzője. Hozzátette: ez a fejlesztés megnyithatja az utat olyan miniatűr chipkészletek előtt, amelyek agyszerű funkciókat látnak el – képfeldolgozástól a mozgásvezérlésig –, mindössze néhány mesterséges neuron felhasználásával. A transzneuron nem csak másolja a biológiai neuronok viselkedését, hanem hasonló módon számol is. Ha a kutatók változtatták a bemenetként érkező elektromos jeleket, az eszköz ennek megfelelően módosította a tüzelési sebességét. Sőt: amikor a neuron egyszerre két jelet kapott, a reakciója az impulzusok időzítésétől függően változott – olyan képesség, amelyet általában csak több együttműködő mesterséges neuronnal lehet elérni.

Ezüst atomok a háttérben – így válik rugalmasan alkalmazkodóvá a transzneuron

A transzneuron rugalmasságának kulcsa a memrisztor, egy nanométeres alkatrész, amely szó szerint fizikailag változik, amikor elektromosság áramlik át rajta. A benne lévő ezüst atomok ilyenkor elmozdulnak, mikroszkopikus hidakat alkotnak, majd felbomlanak, létrehozva az új elektromos impulzusokat. A hőmérséklet, a feszültség és az ellenállás változásai mind befolyásolják a működését, így a készülék akár szoftveres vezérlés nélkül is képes különböző neuronok viselkedését utánozni.

„A készülékeink elektromos áramköreinek beállításainak módosításával – például a feszültség megváltoztatásával – ugyanaz az egység különböző agyi neuronokként viselkedhet”

– mondja Alexander Balanov professzor.

Szerinte a mesterséges neuronok érzékenyen reagálnak a környezeti tényezőkre is, például a nyomásra és a hőmérsékletre, ami alkalmas alapot teremt mesterséges érzékszervek kidolgozásához.

A következő lépés: „agy kérgen a chipen” és robotok, amelyek élőlényként tanulnak

A kutatók következő nagy kihívása, hogy több transzneuront összekapcsolva chipen belüli mesterséges agykérget hozzanak létre. Joshua Yang professzor, a USC szakértője szerint az ilyen rendszerek lehetővé tehetik, hogy a robotok:

• hatékonyabban tanuljanak,
• kevesebb energiával és adattal dolgozzanak,
• és akár élethosszig tartó tanulásra is képesek legyenek.

A jövő még tovább is mehet: Dr. Pavel Borisov szerint a transzneuronok végül összekapcsolódhatnak az emberi idegrendszerrel, vagy akár hozzájárulhatnak a tudatosság tudományos kutatásához.

FORRÁS

(Nethuszár)