با کمک از ابزار‌های نانوالکترونیک؛

مغز انسان با نورون‌های مصنوعی بر خط شد

دانشمندان با استفاده از ابزار‌های نانوالکترونیک توانستند سلول‌های عصبی مغز انسان و سلول‌های عصبی مصنوعی را در بستر اینترنت به هم وصل کنند.

کد خبر: ۸۳۵۰۱۳

سه‌شنبه - ۱۲ فروردين ۱۳۹۹ / March 31, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، عملکرد مغز توسط مدار‌های سلول‌های عصبی یا نورون‌های که توسط پیوند‌های میکروسکوپی، اما بسیار پیچیده به نام سیناپس به یکدیگر وصل می‌شوند، امکان‌پذیر است. حال دانشمندان یک شبکه عصبی هیبریدی (ترکیبی از نورون‌های مغزی و سیلیکونی) ساخته‌اند که در آن، نورون‌های زیستی و مصنوعی در نقاط مختلف جهان از طریق اینترنت با یکدیگر ارتباط برقرار کردند. همانند مغز انسان، این اتصال از طریق یک هاب (قطب) از سیناپس‌های مصنوعی ساخته شده از فناوری نانوی بسیار پیشرفته امکان‌پذیر شد. نخستین بار است که این سه مولفه در یک شبکه متحد به کار رفته‌اند.

این مجموعه یک شبکه عصبی اسپایکی را تشکیل دادند. شبکه‌های عصبی مصنوعی یکی از پرکاربردترین ساختار‌های مورد استفاده در هوش مصنوعی است. این شبکه‌ها به طور دقیق‌تری از شبکه‌های عصبی زیستی الهام می‌گیرند و در آن‌ها علاوه بر متغیر‌های حالت نورونی و سیناپسی، مفهوم زمان نیز در مدل در نظر گرفته می‌شود.

در شبکه‌های عصبی معمولی، خروجی هر نورون در هر تکرار محاسبه و به‌روز رسانی می‌شود، اما در شبکه‌های عصبی اسپایکی، هر نورون تنها زمانی اسپایک تولید می‌کند که پتانسیل غشای آن از یک حد آستانه بیشتر شده باشد. در علوم اعصاب، شلیک یا اسپایک (به معنای نیزه) همان پتانسیل عمل است که روی غشای تحریک‌پذیر یک سلول عصبی پدید می‌آید. شلیک‌های عصبی معمولا بنیاد ارتباطات میان نورون‌ها تلقی می‌شوند که به تبادل اطلاعات و محاسبات درون مغز منجر می‌شود.

در این پژوهش، محققان دانشگاه پادووا در ایتالیا، سلول‌های عصبی موش را در آزمایشگاه پرورش دادند و محققان دانشگاه زوریخ و مؤسسه فناوری فدرال زوریخ در سوئیس نورون‌های مصنوعی را روی تراشه‌های سیلیکونی ساختند یک آزمایشگاه مجازی در دانشگاه ساوت‌همپتون ایجاد کردند که سیناپس‌های حاصل از نورون‌های زیستی از ایتالیا و سیناپس‌های حاصل از نورون‌های سیلیکونی یا مصنوعی را از سوئیس دریافت می‌کرد. این سیناپس‌ها در دانشگاه ساوت‌همپتون از طریق ابزار‌های سیناپسی که «ممریستور» نامیده می‌شوند، تولید شدند.

محققان دانشگاه ساون‌همپتون، اسپایک‌ها یا شلیک‌های عصبی ایجاد شده را از طریق اینترنت از نورون‌های زیستی در ایتالیا گرفتند و سپس آن‌ها را را به شکل سیناپس‌های ممریستوری توزیع کردند. این سیناپس‌ها سپس به شکل فعالیت اسپایکی به سمت نورون‌های مصنوعی در زوریخ فرستاده شدند. این فرآیند به صورت معکوس نیز به طور همزمان انجام گرفت؛ یعنی از زوریخ به پادووا. در نتیجه، نورون‌های زیستی و مصنوعی به صورت دو طرفه و آنلاین با هم ارتباط برقرار کردند.

محققان می‌گویند: یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در این پژوهش یکپارچه‌سازی آخرین فناوری‌های روز و بهترین و حرفه‌ای‌ترین کارشناسان زیر یک سقف بود، اما با ایجاد یک لابراتوار مجازی ما این چالش را برطرف کردیم و به این دستاورد بزرگ رسیدیم.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که این دستاورد بزرگ به زودی توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب خواهد کرد و طیف جدید از نوآوری‌ها و دستاورد‌های علمی را در زمینه تحقیقات تعامل عصبی رقم خواهد زد. به ویژه، دانشمندان با این کار به نوعی توانستند روش جدیدی را برای اتصال و یکپارچه‌سازی فناوری‌های مختلف در سراسر جهان ابداع کنند که این امر گام بزرگی به سوی دموکراتی‌سازی فناوری‌ها است و سد بزرگی را از پیش پای دانشمندان برای همکاری‌های فرامرزی بردارند.

آن‌ها می‌گویند: ما از این پیشرفت بسیار هیجان‌زده‌ایم. از یک طرف، پایه و اساس یک تحقیق را پایه‌گذاری کردیم که هرگز در جریان تکامل طبیعی مشاهده نشده بود؛ یعنی جایی که نورون‌های زیستی و مصنوعی به یکدیگر مرتبط شدند و از طریق شبکه جهانی اینترنت با هم ارتباط برقرار کردند و در واقع «ابزار الکترونیک عصبی» شکل گرفت. از طرف دیگر، این کار چشم‌انداز‌های جدیدی را به روی فناوری‌های عصب- زیستی باز کرده و در واقع ما را به تحقیقاتی هدایت خواهد کرد که در آن بخش‌هایی از مغز را که عملکرد خود را از دست داده‌اند، با تراشه‌های هوش مصنوعی جایگزین خواهند شد.