Искусственные нейроны снабдили памятью и способностью обучаться

Нервная система аплизии.

Древнегреческое слово «пьезо» (крепкое рукопожатие или объятие) было использовано для названия удивительного феномена электрогенеза в кристалле, подвергающемся механическому воздействию с искажением кристаллической решетки. Часовщики преобразовали это явление для создания первых часов с точностью хода порядка 0,1 сек., после чего рекорды стали фиксироваться со многими знаками после запятой. Затем появились и пьезозажигалки, искра в которых возникала после нажатия на рычажок или кнопку.

Начало геномного миллениума ознаменовалось присуждением американскому психиатру, нейробиологу, биохимику Эрику Канделю Нобелевской премии по медицине за изучение… морской улитки аплизии (Aplysia), живущей у берегов Калифорнии.

Почти за 40 лет до этого, в 1963 году, самую престижную научную награду получили англичане Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, впервые измерившие ионные токи в мембране-оболочке аксона (отростка нейронов). У аплизии насчитывается 20 тыс. нервных клеток. Причем для некоторых реакций хватает одиночных нейронов. Для нее характерны оборонительные реакции, обучение и долговременная память.

Кандель – так в Европе называют свечу – доказал, что память хранится в синапсах – точках контактов нейронов. Ученый работал на Манхэттене в Колумбийском университете, рядом с которым расположена известная клиника Маунт Синай («Гора Синай»). Ее сотрудники с коллегами из университета в китайском г. Нанкине описали в журнале Science синаптический механизм пищевого поведения аплизии с детальной характеристикой нейронов.

Выяснилось, что для нейросети необходим синаптический шум, снижающий силу синапсов и тем самым обеспечивающий нелинейный характер сетевой работы, а значит – обучение и память. Нечто подобное можно видеть в сетчатке глаза, где фотоны дают энергию для открытия ионных каналов, в результате чего и генерируется зрительный импульс. Искры, или фосфены, можно вызывать механическим воздействием на глаз, при этом сетчатка ничем не отличается от пьезокристалла. Сегодня развитие технологий позволяет имитировать свойства нервных клеток.

Намагничивание под действием терагерцового света.  Иллюстрации Physorg

Сотрудники гамбургского Института материальной динамики и Оксфорда показали, что свет терагерцовой частоты способен переводить антиферромагнетик в ферромагнитное состояние. Ученые описали пьезоизменение структуры СоF2 (фторида кобальта) под действием падающего на него света определенной частоты. Для этого оказались достаточными импульсы продолжительностью всего лишь в 100 пикосекунд (10–10 с). Такое воздействие увеличивает намагничивание в 400 раз!

Иным путем пошли в Техническом университете Дрездена. Там получили силиконовые нанопроволочки. Методика этого процесса изложена учеными в электронном приложении журнала Nature. Проволочки помещали между золотыми электродами на серебряной подложке.

Преимуществом подхода, предложенного в Дрездене, является использование гидрогеля, ограничивающего подвижность ионов хлора, никеля и меди. Дело в том, что ионы хлора могут отдать свой электрон, который «охотно» принимают никель и медь, переходя в металлическое состояние.

Ионно-гельный конструкт обеспечивает работу нейротранзистора с тремя управляющими «воротами»-gates и с динамическим формированием памяти и способности к обучению. Кстати, нейротранзисторы SOI – силикон-на-инсуляторе – литографически печатали на стандартном диске диаметром 200 мм, широко используемом в электронной промышленности.