0
7824
Газета Наука 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


Запасное человечество на черный день

Запасное человечество на черный день

Сергей Кричевский

Пришло время разработать проект космического Ноева ковчега для «обратного» заселения Земли

0
1994
За 10 лет в Москве построено 50 новых зданий городских поликлиник

За 10 лет в Москве построено 50 новых зданий городских поликлиник

Татьяна Попова

0
1241
Синапсы, просветленные лазером

Синапсы, просветленные лазером

Игорь Лалаянц

0
3497
Может ли компьютер стать мозгом

Может ли компьютер стать мозгом

Борис Владимирский

Прямая связь ЭВМ с веществом черепной коробки человека – проблема не только научная и технологическая

0
4815

Другие новости

Загрузка...