Учени представиха първата „жива“ 3D невронна мрежа

Изследователи от Принстънския университет са направили крачка към изцяло нов тип изчислителна система, като са създали 3D устройство, което комбинира живи неврони с електроника. Тази хибридна структура позволява не само да се стимулират мозъчните клетки, но и да се обучават да разпознават електрически модели, по същество изпълнявайки прости изчислителни задачи.

Живи неврони в електронна мрежа

За разлика от предишни подходи, при които невроните са били култивирани в плоски 2D култури или като прости клетъчни клъстери, новият дизайн използва триизмерна архитектура. Вътре в нея живите клетки взаимодействат директно с електрониката, намирайки се вътре в мрежата, а не на нейната повърхност.

За да създадат такава система, изследователите са използвали технологии за микрофабрикация, за да формират сложна 3D решетка от ултратънки метални проводници и електроди. Цялата структура е закрепена от тънък слой епоксидно покритие, което осигурява гъвкавост и стабилност на структурата.

В резултат на това десетки хиляди неврони успяха да се развият около тази мрежа, образувайки гъста триизмерна мрежа, способна да взаимодейства с електрически сигнали и да извършва основни изчисления.

Изследването е публикувано в списание Nature Electronics.

Как се учи „живият компютър“

Основното предимство на тази система е изключително прецизният ѝ контрол върху електрическата активност на невроните. Тя позволява както записването на сигнали, така и стимулирането им много по-ефективно от предишните технологии.

В продължение на повече от шест месеца екипът наблюдавал развитието на мрежата, експериментирал с укрепване и отслабване на връзките между невроните и обучавал алгоритми да разпознават различни електрически модели.

В два независими експеримента системата успяла да разграничи правилно както пространствените, така и времевите електрически сигнали, демонстрирайки рудиментарно „изчислително“ поведение.

Защо това може да промени бъдещето на изкуствения интелект?

Един от водещите автори на изследването, Тиен-Минг Фу, подчертава, че основното ограничение на съвременния изкуствен интелект е консумацията на енергия. За сравнение, човешкият мозък изпълнява подобни задачи, консумирайки около милион пъти по-малко енергия от съвременните ИИ-системи.

Ето защо биологичните невронни мрежи могат да се превърнат в алтернатива или допълнение към традиционните изчисления, съчетавайки високата ефективност на мозъка с прецизността на електрониката.

Не само за изкуствения интелект

Друг изследовател, Кумар Мритунджай, подчертава, че подобни триизмерни невронни системи могат да имат значение отвъд развитието на изкуствения интелект. Те също така откриват нови възможности за изучаване на мозъка и потенциално помагат за по-доброто разбиране и лечение на неврологични заболявания.

Стъпка към „живите“ изчисления

Въпреки че технологията е все още в ранен стадий на развитие, тя вече показва, че границата между биологията и изчислителната техника постепенно се размива. Идеята за „живи компютри“, направени от неврони, вече не изглежда като научна фантастика — тя се превръща в истинско направление за изследване.