Neuron hidup dan buatan terhubung melalui Internet

Sekelompok ilmuwan dari universitas di Inggris, Jerman, Italia, dan Swiss berhasil mengembangkan sistem untuk menghubungkan neuron buatan dengan yang biologis. Mereka terhubung melalui Internet menggunakan memristor, dan tiga elemen sistem ditempatkan di berbagai wilayah Eropa.

Dasar otak adalah sekelompok neuron, yang disebut jaringan saraf. Neuron individu mengikat satu sama lain dengan sinapsis. Teknologi baru memungkinkan untuk mengembangkan analog neuron dan menghubungkannya dengan sinapsis buatan. Tentu saja, semua ini pada tingkat yang relatif primitif, tetapi seiring waktu, para ilmuwan berhasil dalam proyek yang semakin kompleks.

Nah, memristor dalam jaringan tiruan seperti itu diperlukan untuk meningkatkan efisiensi transmisi sinyal dari satu neuron ke neuron lainnya.

Elemen utama dari jaringan buatan adalah analog semikonduktor dari neuron. Ini adalah chip dari jutaan transistor. Chip tersebut menghasilkan impuls listrik, yang pertama kali datang ke memristor, dan melaluinya, melalui microelectrode ke neuron hippocampal tikus. Ternyata, sinyal listrik memiliki efek yang mirip dengan potensi postsynaptic yang menarik, dari mana impuls saraf di otak terbentuk.

Mikroelektroda ini memainkan peran sinaps, sehingga disebut sinapstor.



Sinapsis nyata adalah plastik, dan untuk mencapai analogi, para ilmuwan mengirimkan sinyal ke memristor melalui dua kutub. Yang pertama memainkan peran stimulasi presinaptik, karena ia menerima eksitasi dari neuron buatan. Nah, yang kedua digunakan sebagai input postsinaptik, mengembalikan respons dari neuron alami ke memristor.

Ngomong-ngomong, rantai itu ternyata cukup rumit, tetapi pada akhirnya semuanya bekerja, seperti yang diharapkan.



Selain itu, bagian kedua dari sistem dikembangkan - diperlukan untuk mengirimkan sinyal dari neuron yang hidup ke yang silikon. Para ilmuwan telah menciptakan sistem pendaftaran neuron menggunakan apa yang disebut metode fiksasi potensial lokal. Setelah itu, pulsa memasuki memristor kedua, dan kemudian ke neuron buatan.

Hasilnya adalah sirkuit hibrida yang mentransmisikan sinyal dari sel silikon ke neuron nyata.

Seperti ditunjukkan di atas, elemen-elemen sistem dipisahkan secara geografis. Jadi, neuron silikon terletak di Zurich, memristor - di Southampton, kultur neuron tikus - di Padua. Untuk mengirimkan sinyal melalui Internet, protokol UDP digunakan.

Untuk menunjukkan sifat sinaptor, para ilmuwan memodelkan potensiasi jangka panjang dari glutamatergic hippocampal synapses. Dalam model yang dihasilkan, neuron buatan pertama bekerja sebagai alat pacu jantung. Dia menghasilkan sinyal listrik dari frekuensi tertentu. Memristor pada saat yang sama bertindak sebagai membran postsinaptik, yang menambahkan fungsi plastisitas ke otak.

Para pengembang memprogram memristor sedemikian rupa sehingga mereka mengubah resistansi dalam menanggapi frekuensi keluarnya neuron biologis. Yang terakhir dicatat oleh input postsinaptik. Ini adalah cara kerja reseptor sel hippocampal. Nah, memristor kedua bekerja dalam mode pengisian acak. Dia memberikan impuls secara acak, dan aktivitasnya dipengaruhi oleh neuron alami melalui memristor.



Akibatnya, sel hidup menunjukkan aktivitas, mempertahankannya bahkan setelah penurunan frekuensi iritasi. Elemen ketiga rantai, pada akhirnya, menunjukkan peningkatan aktivitas spontan. Jika para ilmuwan mengurangi laju keluarnya alat pacu jantung, depresi jangka panjang berkembang, di mana aktivitas seluruh sistem menurun.

Mengapa dan bagaimana saya bisa menggunakan sistem ini? Menurut para ilmuwan, itu akan membantu mengembangkan pengobatan aritmia jantung, hipertensi, cedera tulang belakang dan penyakit Parkinson.



Ngomong-ngomong, suatu hari menjadi dikenal tentang pilihan lain untuk penggunaan memristor. Mereka digunakan oleh para ilmuwan dari Pusat Penelitian "Kurchatov Institute" untuk penyimpanan dan pemrosesan data. Mereka akan berguna dalam sistem pengenalan suara dan orang-orang di kompleks transportasi dan keamanan. Dalam beberapa tahun, teknologi dapat mencapai tingkat di mana sistem seperti itu akan sangat kecil dalam ukuran dan memiliki kapasitas informasi yang sangat besar.