Inteligență artificială: a fost dezvoltat un cip care imită activitatea creierului

Timp de decenii, oamenii de știință au visat să creeze un sistem informatic care să poată reproduce talentul creierului uman de a învăța probleme noi.

Oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts au făcut acum un pas important către atingerea acestui obiectiv prin dezvoltarea unui cip de computer care imită modul în care neuronii creierului se adaptează ca răspuns la informații noi. Se crede că acest fenomen, cunoscut sub numele de plasticitate, stă la baza multor funcții ale creierului, inclusiv a învățării și a memoriei.

Cu aproximativ 400 de tranzistoare, cipul de siliciu poate imita activitatea unei singure sinapse cerebrale - conexiunea dintre doi neuroni care facilitează transferul de informații de la un neuron la altul. Cercetătorii se așteaptă ca cipul să ajute neurologii să afle mult mai multe despre cum funcționează creierul și ar putea fi folosit și pentru a dezvolta proteze neuronale, cum ar fi retinele artificiale, spune liderul proiectului, Chi-Sang Poon.

Modelarea sinapselor

În creier există aproximativ 100 de miliarde de neuroni, fiecare dintre aceștia formând sinapse cu mulți alți neuroni. O sinapsă este spațiul dintre doi neuroni (neuroni presinaptici și postsinaptici). Neuronul presinaptic eliberează neurotransmițători precum glutamatul și GABA, care se leagă de receptorii de pe membrana postsinaptică a celulei, activând canalele ionice. Deschiderea și închiderea acestor canale determină modificarea potențialului electric al celulei. Dacă potențialul se modifică suficient de dramatic, celula emite un impuls electric numit potențial de acțiune.

Toată activitatea sinaptică depinde de canalele ionice, care controlează fluxul de ioni încărcați, cum ar fi sodiul, potasiul și calciul. Aceste canale sunt, de asemenea, esențiale în două procese cunoscute sub numele de potențare pe termen lung (LTP) și depresie pe termen lung (LTD), care întăresc, respectiv slăbesc sinapsele.

Oamenii de știință și-au proiectat cipul de computer astfel încât tranzistoarele să poată imita activitatea diferitelor canale ionice. Deși majoritatea cipurilor funcționează într-un mod binar pornit/oprit, curenții electrici de pe noul cip circulă prin tranzistoare în mod analogic. Un gradient de potențial electric face ca curentul să circule prin tranzistoare în același mod în care ionii circulă prin canalele ionice dintr-o celulă.

„Putem regla parametrii circuitului pentru a se concentra pe un anumit canal ionic”, spune Poon. „Acum avem o modalitate de a capta fiecare proces ionic care are loc într-un neuron.”

Noul cip reprezintă „un progres semnificativ în eforturile de a studia neuronii biologici și plasticitatea sinaptică pe un cip CMOS [semiconductor metal-oxid-complementar]”, spune Dean Buonomano, profesor de neurobiologie la Universitatea din California, Los Angeles, adăugând că „nivelul de realism biologic este impresionant”.

Oamenii de știință intenționează să își folosească cipul pentru a crea sisteme de simulare a unor funcții neuronale specifice, cum ar fi sistemul de procesare vizuală. Astfel de sisteme ar putea fi mult mai rapide decât computerele digitale. Chiar și sistemele informatice de înaltă performanță au nevoie de ore sau zile pentru a simula circuite cerebrale simple. Cu sistemul analogic al cipului, simulările sunt mai rapide decât în sistemele biologice.

O altă utilizare potențială a acestor cipuri este personalizarea interacțiunilor cu sisteme biologice, cum ar fi retinele și creierele artificiale. În viitor, aceste cipuri ar putea deveni elemente constitutive pentru dispozitivele de inteligență artificială, spune Poon.