ფიზიკოსები აშშ-დან ახლოს არიან ტვინის სრული ხელოვნური ანალოგის შესაქმნელად

 ფიზიკოსები აშშ-დან ახლოს არიან  ტვინის სრული ხელოვნური ანალოგის შესაქმნელად

https://ria.ru/amp/20180126/1513413371.html#aoh=16051872895149&referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com&amp_tf=From%20%251%24s

მოსკოვი, 26 იანვარი, რია ნოვოსტი 

გამოქვეყნებული სტატიის თანახმად, აშშ-ს სტანდარტებისა და ტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტის მეცნიერებმა შექმნეს ტვინის უჯრედების სინაფსების პირველი სრულფასოვანი ანალოგი სუპერგამტარების და მაგნიტის ნაკრების გამოყენებით, რაც გზას უხსნის მილიონობით და მილიარდობით ხელოვნური ნეირონების კომპლექსური ქსელების შექმნას, ნათქვამია ჟურნალ Science Advances-ში გამოქვეყნებულ სტატიაში.

„ჩვენს მიერ შექმნილ სინაფსებს ნაკლები ენერგია სჭირდებათ მუშაობისთვის, ვიდრე მათ ადამიანურ ანალოგებს, და, ჯერჯერობით, რამდენადაც ვიცი, ანალოგიური ტიპის სხვა პროექტი არ არსებობს, რომელიც ამ რეჟიმში შეძლებდა მუშაობას“, - განაცხადა მაიკლ შნაიდერმა (Michael Schneider) აშშ-ს ბოლდერის სტანდარტებისა და ტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტიდან  .

სინაფსები, ან ნერვული დაბოლოებები, ნერვული უჯრედების ზედაპირზე არსებულ განსაკუთრებულ სტრუქტურებს წარმოადგენენ, რომელთა საშუალებითაც მათ შეუძლიათ გადასცენ ინფორმაცია მეზობელ ნეირონებს სპეციალური ნეიროტრანსმიტერი  მოლეკულების გაცვლით.

სინაფსებში უამრავი „ტომარაა“ მსგავსი ნივთიერებებით, რომელსაც ისინი გადასცემენ მეზობელ ნეირონებს სხვა უჯრედებიდან  შესაბამისი „ბრძანების“ გაცემის შემდეგ. როგორც მეცნიერებმა ცოტა ხნის წინ გაარკვიეს, ნამდვილ ნეირონებს, ტრანზისტორებისა და ნერვული უჯრედების ხელთქმნილი ანალოგებისგან განსხვავებით, ერთდროულად შეუძლიათ გადასცენ  შემაფერხებელი და აღმგზნები სიგნალები და „გადაერთონ“ სხვადასხვა რეჟიმებს შორის, რაც მათ მუშაობაში წარმოუდგენელ მოქნილობას ანიჭებს.

სინაფსების კიდევ ერთი უჩვეულო თვისება, რომელიც მათ განასხვავებს ციფრული კომპიუტერული ლოგიკისგან, არის ის, რომ თითოეულ მსგავს დაბოლოებას აქვს მგრძნობელობის გარკვეული ზღვარი, რომლის ქვემოთ უჯრედი იგნორირებს მასში შესულ სიგნალებს. ამ ბარიერის როლს ასრულებს სინაფსში „ტომრების“ და რეცეპტორების რაოდენობა - რაც მეტია, მით უფრო ძლიერი იქნება უჯრედის რეაგირება სიგნალებზე.

ნერვული დაბოლოებების ეს თვისება, როგორც შნაიდერმა აღნიშნა, ყველაზე რთულია კოპირებისთვის და რკინაზე „გადასაცემად“ - ამგვარი აქტივაციის ბარიერის რეალიზაციის ყველა არსებული ვარიანტი ასობით და ათიათასჯერ ნაკლებად ეფექტურს ხდის ხელოვნურ ნეირონებს, ვიდრე ადამიანის ტვინის უჯრედებს. ამ მიზეზით, „ხელოვნური ტვინის“ ყველა არსებული ვარიანტი შედგება რამდენიმე ასეული ან ათასობით „უჯრედისგან“, ან ისინი სრულად არ კოპირებენ ნეირონების და სინაფსების ყველა თვისებას.

შნაიდერის გუნდმა მოახერხა ამ პრობლემის მოგვარება და ხელოვნური სინაფსები უფრო ეკონომიური გახადა, ვიდრე მათი ბიოლოგიური ანალოგები.  დახმარებისთვის მან მიმართა ფიზიკის ორ სფეროს, რომელიც ძალიან შორსაა ნეიროფიზიოლოგიისგან - სუპერგამტარებსა და კვანტურ ტექნოლოგიებისგან.

მათი კიბერსინაფსის საფუძველია ე.წ ჯოზეფსონის გადასასვლელი - ზეგამტარი მასალისგან დამზადებული ბეჭედი, რომელიც ერთ წერტილშია გაწყვეტილი და საიზოლაციო მასალისგან გაკეთებული ჩანართის მეშვეობით ორ ნაწილად იყოფა. ელექტრონებს, როგორც მეცნიერებმა ჯერ კიდევ 1973 წელს აღმოაჩინეს, შეუძლიათ ამ ჩანართზე „გადახტომა“ კვანტური გვირაბის წყალობით, და მათი რიცხვი ძალიან დამოკიდებულია იმაზე, არსებობს თუ არა ამგვარი წყვეტის მახლობლად მაგნიტური ველის წყაროები.

ეს თვისება დღეს ხშირად გამოიყენება მაგნეტიზმისა და კვანტური კომპიუტერების ზემგრძნობიარე სენსორების შექმნისას, ამიტომ მეცნიერები დაფიქრდნენ, ხომ არ შეიძლებოდა მისი გამოყენება სტრუქტურის შესაქმნელად, რომელიც იმიტირებს სინაფსის მუშაობას. ამ იდეის განსახორციელებლად მეცნიერებმა ჯოზეფსონის გადასვლის თითოეული კვანძის „მარყუჟში“ ცარიელი სივრცე  მანგანუმის განსაკუთრებული ნანონაწილაკებით  შეავსეს, რომლებსაც უჩვეულო მაგნიტური თვისებები აქვთ.

მათი უნიკალურობა იმაში მდგომარეობს, რომ მათ შეუძლია თავიანთი პოლუსების პოზიციის შეცვლა, თუ „სინაფსში“ ერთდროულად ატარებენ დენს და მაგნიტურ ველს. ეს ცვლილებები, თავის მხრივ, ცვლის იმას, თუ როგორ რეაგირებს ასეთი სუპერგამტარი კიბერსინაპსი მაგნიტური ველის წყაროებზე მონაცემთა დამუშავების დროს. ეს იძლევა ნეიროქსელის სტრუქტურის ძალიან სწრაფად და მოქნილად შეცვლის და მინიმალური ენერგიის დახარჯვის საშუალებას მის გადაპროგრამირებაზე.

როგორც შნაიდერისა და მისი კოლეგების პირველმა ექსპერიმენტებმა აჩვენეს, ასეთი კონსტრუქცია ხარჯავს მხოლოდ 1 ატოჯოულს (ჯოულის 10 მინუს მე-18 ხარისხი) ერთი იმპულსის გადასაცემად, რაც დაახლოებით 10 ათასი ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ენერგიის ის რაოდენობა, რომელსაც ნეირონები ხარჯავენ იმის გათვალისწინებით, თუ რამდენი ელექტროენერგია იხარჯება ზეგამტარის გაგრილებაზე აბსოლუტურ ნულამდე.

ამ კიბერსინაფსების შემქმნელთა აზრით, ეს იძლევა მათი გამოყენების შაშჲალებას ძალიან რთული ნეიროქსელების და ნეირომორფული ჩიპების შესაქმნელად, რომლებიც სირთულეებით არ ჩამოუვარდებიან ადამიანის ტვინს და შეიცავს მილიარდობით მილიარდ სინაფსს.