Artipisyal na katalinuhan: isang chip ay binuo na ginagaya ang aktibidad ng utak

Sa loob ng maraming dekada, pinangarap ng mga siyentipiko na lumikha ng isang computer system na maaaring magtiklop ng talento ng utak ng tao para sa pag-aaral ng mga bagong problema.

Ang mga siyentipiko sa Massachusetts Institute of Technology ay gumawa na ngayon ng isang malaking hakbang patungo sa pagkamit ng layuning ito sa pamamagitan ng pagbuo ng isang computer chip na ginagaya ang paraan ng pag-aangkop ng mga neuron ng utak bilang tugon sa bagong impormasyon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na kilala bilang plasticity, ay naisip na sumasailalim sa maraming mga function ng utak, kabilang ang pag-aaral at memorya.

Sa humigit-kumulang 400 transistors, maaaring gayahin ng silicon chip ang aktibidad ng isang brain synapse - ang koneksyon sa pagitan ng dalawang neuron na nagpapadali sa paglipat ng impormasyon mula sa isang neuron patungo sa isa pa. Inaasahan ng mga mananaliksik na ang chip ay makakatulong sa mga neuroscientist na matuto nang higit pa tungkol sa kung paano gumagana ang utak, at maaari ding magamit upang bumuo ng mga neural prostheses tulad ng mga artipisyal na retina, sabi ng pinuno ng proyekto na si Chi-Sang Poon.

Pagmomodelo ng mga synapses

Mayroong humigit-kumulang 100 bilyong neuron sa utak, na ang bawat isa ay bumubuo ng mga synapses kasama ng maraming iba pang mga neuron. Ang synapse ay ang puwang sa pagitan ng dalawang neuron (presynaptic at postsynaptic neuron). Ang presynaptic neuron ay naglalabas ng mga neurotransmitter tulad ng glutamate at GABA, na nagbubuklod sa mga receptor sa postsynaptic membrane ng cell, na nagpapagana ng mga channel ng ion. Ang pagbubukas at pagsasara ng mga channel na ito ay nagiging sanhi ng pagbabago ng potensyal na elektrikal ng cell. Kung ang potensyal ay nagbabago nang malaki, ang cell ay nagpapaputok ng isang electrical impulse na tinatawag na isang potensyal na aksyon.

Ang lahat ng aktibidad ng synaptic ay nakasalalay sa mga channel ng ion, na kumokontrol sa daloy ng mga naka-charge na ion tulad ng sodium, potassium, at calcium. Ang mga channel na ito ay susi din sa dalawang proseso na kilala bilang long-term potentiation (LTP) at long-term depression (LTD), na nagpapalakas at nagpapahina sa mga synapses, ayon sa pagkakabanggit.

Dinisenyo ng mga siyentipiko ang kanilang computer chip upang gayahin ng mga transistor ang aktibidad ng iba't ibang mga channel ng ion. Habang ang karamihan sa mga chip ay gumagana sa isang binary on/off mode, ang mga de-koryenteng alon sa bagong chip ay dumadaloy sa mga transistor sa isang analog mode. Ang isang gradient ng mga potensyal na elektrikal ay nagiging sanhi ng daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga transistor sa parehong paraan na ang mga ion ay dumadaloy sa mga channel ng ion sa isang cell.

"Maaari naming ibagay ang mga parameter ng circuit upang tumuon sa isang partikular na channel ng ion," sabi ni Poon. "Ngayon mayroon kaming isang paraan upang makuha ang bawat proseso ng ion na nangyayari sa isang neuron."

Ang bagong chip ay kumakatawan sa "isang makabuluhang pagsulong sa mga pagsisikap na pag-aralan ang mga biological neuron at synaptic plasticity sa isang CMOS [complementary metal-oxide-semiconductor] chip," sabi ni Dean Buonomano, isang propesor ng neurobiology sa University of California, Los Angeles, na idinagdag na "ang antas ng biological realism ay kahanga-hanga.

Plano ng mga siyentipiko na gamitin ang kanilang chip upang lumikha ng mga system para sa pagtulad sa mga partikular na function ng neural, tulad ng visual processing system. Ang mga ganitong sistema ay maaaring mas mabilis kaysa sa mga digital na computer. Kahit na ang mga computer system na may mataas na pagganap ay tumatagal ng mga oras o araw upang gayahin ang mga simpleng circuit ng utak. Gamit ang analog system ng chip, ang mga simulation ay mas mabilis kaysa sa mga biological system.

Ang isa pang potensyal na paggamit para sa mga chip na ito ay upang i-customize ang mga pakikipag-ugnayan sa mga biological system, tulad ng mga artipisyal na retina at utak. Sa hinaharap, ang mga chip na ito ay maaaring maging mga bloke ng gusali para sa mga artificial intelligence device, sabi ni Poon.