0
7954
Газета Печатная версия

27.04.2021 18:37:00

Искусственные нейроны сплетаются в сети

Ученые пытаются имитировать многослойную кору головного мозга

Игорь Лалаянц

Об авторе: Кандидат биологических наук Игорь Лалаянц

Тэги: биология, медицина, химия, мозг, нейроны


6-13-1480.jpg
Палочка сетчатки, элемент первого слоя
глазной нейросети.  Иллюстрация Physorg
Нейросети (NN, Neural Networks) – это, по существу, не что иное, как электронные каскады, имитирующие работу естественных нейросетей мозга. Одна из таких нейросетей – мозолистое тело, которое представляет собой миллионы нервных отростков, соединяющих два полушария мозга. Этим обеспечивается синхронизация их работы. Отклонения от нормы процессов, развивающихся в мозолистом теле, могут приводить к расстройствам речи и, например, появлению способности читать два текста одновременно каждым глазом.

Существуют и более серьезные расстройства, например разобщение команд, посылаемых к рукам, – состояние, когда одна рука не знает, что делает другая. Или «унилатеральный неглект», то есть игнорирование одной стороны, при котором человек надевает только одну тапку или рисует елочку с ветвями на одной стороне. На дрозофилах показано, что самцы мух при ухаживании за самками (courtship) полагаются больше на нейросети, привязанные к зрению, а самки, для которых самым важным является откладывание яиц, – на обоняние.

В связи с нейросетями можно упомянуть сетчатку глаза, состоящую из клеток двух типов – палочки и колбочки. Но эти клетки обеспечивают лишь первый уровень обработки нервных импульсов, генерируемых фотонами света. К поверхности сетчатки подходят слои амакриновых и биполярных клеток, а также горизонтальных. Самый последний уровень – это ганглионарные («узловые») клетки, отростки которых составляют зрительный нерв (nervus opticus), уходящий в мозг. Таким образом, сетчатка как бы имитирует многослойную кору, и вместе они составляют весьма эффективно функционирующие нервные сети.

Академик и нобелевский лауреат 1904 года Иван Павлов занимался физиологией пищеварения. А в 1908 году Нобелевскую премию получил другой русский ученый, работавший в Институте Пастера в Париже, Илья Мечников. Он открыл иммунные макрофаги. Много лет спустя выяснилось, что мозговые макрофаги «в лице» микроглиальных клеток (миниатюрных клеток белого вещества) могут активировать Т-лимфоциты. Это приводит к аутоиммунному расстройству в виде рассеянного склероза.

Френсис Крик, много позже ставший сооткрывателем двойной спирали ДНК, переключился затем на изучение мозга и даже создал кремниевую модель нейрона, фото которой журнал Nature вынес на свою обложку. Сегодня в качестве имитатора нервной клетки в калифорнийском университете г. Сан-Диего использовали твердотельный переключатель, постепенно меняющий сопротивление. Он представляет собой титаново-золотой крест-коромысло с разрывом, прикрытым сверху нагревателем из оксида алюминия (AL2O3).

Воздействие тепла позволяет менять сопротивление постепенно, а не скачкообразно, как это происходит в стандартных транзисторах CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), без которых не может обойтись электронная техника. Переход состояния под действием тепла обеспечивает тонкий слой диоксида ванадия (VO2), помещенный над разрывом.

Авторы статьи в журнале Nature Nanotechnology подчеркивают, что им удалось создать нейросеть, «нейроны» которой сочетают в себе память и внешние синапсы, соединяющие отдельные элементы. Важно подчеркнуть, что новая сеть потребляет энергии чуть ли не в 1000 раз меньше, нежели транзисторная. Она была опробована при различении изображений. Точность распознавания составила 98,4%.

В другом университете Калифорнии, в г. Санта-Барбара, сотрудники создали микрокольцевой резонатор из галлий-арсенида алюминия (ALGaAs) на изолирующей платформе. В нем генерируются пары спутанных фотонов. Энтенглмент (спутывание) означает связь свойств двух удаленных друг от друга квантовых частиц, каковыми являются фотоны. Американские ученые отмечают в статье в журнале Quantum, что внутренняя скорость генерации была более 20 млрд пар/сек с более чем 99-процентной чистотой и видимостью более 97%.

Подчеркивается также, что светимость нового квантового излучателя в 1000 раз выше, чем у ближайших конкурентов. Немаловажно и то, что резонаторы отличаются высокой степенью оптической нелинейности. Это очень важно с точки зрения перспектив их использования для обработки данных и космической коммуникации. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Аденома простаты начинается с узелка

Аденома простаты начинается с узелка

Владимир Яшин

Второе сердце мужчины имеет размеры с грецкий орех

0
1712
Об оккультных корнях движения борцов с прививками

Об оккультных корнях движения борцов с прививками

Андрей Мельников

Антиваксеры инфицированы «делом врачей»

0
2881
Россияне тратят на медицину вдвое больше, чем жители развитых стран

Россияне тратят на медицину вдвое больше, чем жители развитых стран

Анатолий Комраков

Повысить продолжительность жизни без увеличения госрасходов на здравоохранение другим странам не удавалось

0
2173
Новости науки. Справедливость оказалась сугубо рациональным чувством

Новости науки. Справедливость оказалась сугубо рациональным чувством

0
2455

Другие новости

Загрузка...