Гибридный интернет не за горами

Сложнейшая структура нейронной сети, где и формируются механизмы памяти, так похожа на Всемирную паутину.

Нанотехнологи из трех университетских центров – в итальянских Падуе, Венеции и английском Саутгемптоне – стали авторами статьи в журнале Scientific Reports с описанием сети, в качестве элементов которой использовались мозговые и искусственные нейроны. С этого, может статься, и начнется создание гибридного интернета.

В послевоенные годы люди вынуждены были привыкать к таким словам, как полупроводники и транзистор. А с начала 1970-х электронщики познакомились и с мемристором. Эти устройства могут хранить информацию благодаря изменению под действием тока сопротивления. Мемристоры широко используются в компьютерах и других устройствах в качестве ReRAM (резистивной памяти). Понадобилось полвека, чтобы мемристоры обрели еще и синаптическую пластичность, то есть стали похожи на нервные клетки.

Можно напомнить, что синапсами нейробиологи называют точки соединения нейронов, которые под действием частотного раздражения могут менять свою структуру и свойства. Этот эффект и получил название «пластичность». Известно, что высокочастотная активность укрепляет синапс и память, генерируя долговременное усиление (LTP – Long Term Potentiation). Низкая же частота вызывает депрессию (LTD – Long Term Depression).

В Падуе для воплощения идеи создания гибридной сети наладили выращивание культур нейронов Аммонова рога мозга крысиного гиппокампа. На них «накинули» многоэлектродную сеть для регистрации их импульсов. Естественные аналоговые колебания оцифровывались, после чего живые нейроны коммуницировали с мемристорами, представлявшими собой нейроморфные чипы, или искусственные нейроны (AN – Artificial Neurons). Этих нейроморфов и поставлял Университет Саутгемптона.

Мемристор может хранить информацию благодаря изменению под действием тока сопротивления. Фото Physorg

Трехкомпонентная гибридная система 20 секунд не отвечала на приходящий ток, затем в течение 40 секунд наращивала LTP, после чего еще 40 секунд «угасала», переходя в режим депрессии (LTD). Поведение нейроэлектронного устройства тем самым прекрасно имитировало реальную нервную ткань, клетки которой возбуждаются, находятся в «приподнятом» состоянии, а затем их активность угасает.

Авторы полагают, что их подход позволит сделать более продуктивными и быстродействующими интерефейсы, соединяющие мозг и компьютер (BCI – Brain-Computer Interface). Сочетание естественных и искусственных нейронов позволит также делать более умные протезы и восстанавливать подвижность конечностей, а также работу внутренних органов у людей со спинальной травмой.

В отличие от многих других академических исследований нейроэлектроника не требует изобретения каких-либо элементов, поскольку они все уже имеются в наличии и лежат на полках соответствующих магазинов. Культуры нервных и вспомогательных клеток тоже давно уже научились получать во всем мире. Нейроны можно также получать сегодня из клеток кожи (фибробластов), которые под действием стимулирующих протеинов дают индуцированные стволовые клетки. Благодаря этому снимается проблема иммунного отторжения чужих нейронов.

Да, мемристоры могут быть тимыми, но живые клетки резко повышают «думающий» потенциал нейроэлектроники. Последняя может стать незаменимым компонентом компьютеров, которые наконец-то научатся «думать», как Homo sapiens.