ปัญญาประดิษฐ์: ชิปที่ออกแบบมาเพื่อจำลองการทำงานของสมอง

เป็นเวลาหลายสิบปีแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ได้ฝันถึงการสร้างระบบคอมพิวเตอร์ที่สามารถทำซ้ำความสามารถของสมองมนุษย์เพื่อค้นหาความท้าทายใหม่

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ได้ก้าวไปสู่เป้าหมายนี้โดยการพัฒนาชิปคอมพิวเตอร์ที่เลียนแบบกลไกในการปรับตัวของเซลล์ประสาทในสมองเพื่อตอบสนองต่อข้อมูลใหม่ ๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า plasticity ซึ่งเป็นที่เชื่อกันโดยนักวิทยาศาสตร์เพื่อสนับสนุนการทำงานของสมองหลายอย่างเช่นการเรียนรู้และความจำ

ประมาณ 400 ทรานซิสเตอร์และชิปซิลิคอนสามารถจำลองกิจกรรมของ synapse สมองเดียวซึ่งเป็นความเชื่อมโยงระหว่างสองเซลล์ประสาทซึ่งอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนข้อมูลจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง นักวิจัยคาดหวังว่าชิปตัวนี้จะช่วยให้นักประสาทวิทยาได้เรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานของสมองมากขึ้นและยังสามารถใช้ในการพัฒนาประสาทเทียมเช่นเทียมเทียมกล่าวว่าผู้จัดการโครงการ Chi-Sang-poon

การจำลองของ synapses

ในสมองมีประมาณ 100 พันล้านเซลล์ซึ่งแต่ละเซลล์จะสร้าง synapses กับเซลล์ประสาทจำนวนมาก ไซแนปส์ - ช่องว่างระหว่างเซลล์ประสาทสองเซลล์ (presynaptic และ postsynaptic neurons) presynaptic neuron secretor neurotransmitters เช่น glutamate และ GABA ซึ่งผูกกับ receptors ใน postsynaptic membrane ของเซลล์เปิดใช้งานช่องไอออน การเปิดและปิดช่องเหล่านี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงศักยภาพทางไฟฟ้าของเซลล์ หากศักยภาพมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากเซลล์จะเรียกแรงกระตุ้นไฟฟ้าที่เรียกว่าศักยภาพในการดำเนินการ

กิจกรรม synaptic ทั้งหมดขึ้นอยู่กับช่องไอออนซึ่งควบคุมการไหลของไอออนประจุเช่นโซเดียมโพแทสเซียมและแคลเซียม ช่องทางเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในสองขั้นตอนที่เรียกว่า potentiation ระยะยาว (LTP) และภาวะซึมเศร้าในระยะยาว (LLC) ซึ่งจะเสริมสร้างความเข้มแข็งและลดลงของ synapses

นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาชิพคอมพิวเตอร์ของตัวเองเพื่อให้ทรานซิสเตอร์สามารถเลียนแบบกิจกรรมของช่องไอออนต่างๆได้ ในขณะที่ชิพส่วนใหญ่ทำงานในโหมดไบนารี - "เปิด / ปิด" กระแสไฟฟ้าในการไหลของชิปใหม่ผ่านทรานซิสเตอร์ในโหมดอนาล็อก การไล่ระดับพลังงานไฟฟ้าทำให้การไหลลื่นไหลผ่านทรานซิสเตอร์ในลักษณะเดียวกับที่ไอออนผ่านช่องไอออนในเซลล์

"เราสามารถปรับค่าพารามิเตอร์ของวงจรสำหรับความเข้มข้นในช่องไอออนเฉพาะได้" พูนกล่าว "ตอนนี้เรามีวิธีที่จะจับทุกกระบวนการไอออนิกที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาท"

ชิปใหม่คือ "ความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญในความพยายามที่จะศึกษาของเซลล์ประสาทชีววิทยาและ synaptic ปั้นใน CMOS [เสริมโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์] ชิปกล่าวว่า" คณบดี Buonomano ศาสตราจารย์ชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียใน Los Angeles, เสริมว่า "ระดับของความสมจริงทางชีวภาพ เป็นที่น่าประทับใจ

นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะใช้ชิปของตนเพื่อสร้างระบบสำหรับการสร้างแบบจำลองฟังก์ชันประสาทที่เฉพาะเจาะจงเช่นระบบประมวลผลภาพ ระบบดังกล่าวอาจเร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดิจิทัล แม้กระทั่งระบบคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงชั่วโมงหรือวันจะต้องใช้เพื่อจำลองวงจรสมองที่เรียบง่าย ด้วยระบบชิปอะนาล็อกการจำลองจะเร็วกว่าระบบชีวภาพ

การประยุกต์ใช้ศักยภาพของชิพเหล่านี้การปรับตัวของปฏิสัมพันธ์กับระบบชีวภาพเช่นจอประสาทตาเทียมและสมอง ในอนาคตชิปเหล่านี้จะกลายเป็นบล็อกมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ปัญญาประดิษฐ์ Poon กล่าว