Inteligentne kable? Nanoprzewody mogą pamiętać

Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z University of Sydney wykazał, że sieci nanoprzewodów mogą wykazywać zarówno pamięć krótko-, jak i długoterminową, podobnie jak ludzki mózg.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances , kierowanym przez dr Alona Loefflera, który uzyskał stopień doktora w Szkole Fizyki, wraz ze współpracownikami w Japonii.

– W naszych badaniach odkryliśmy, że funkcje poznawcze wyższego rzędu, które zwykle kojarzymy z ludzkim mózgiem, można naśladować za pomocą sprzętu niebiologicznego – powiedział dr Alon Loeffler, szef zespołu badawczego, w skład którego wchodzili również naukowcy z Japonii. – Praca ta opiera się na naszych wcześniejszych badaniach, w których pokazaliśmy, w jaki sposób nanotechnologię można wykorzystać do zbudowania inspirowanego mózgiem urządzenia elektrycznego z obwodami przypominającymi sieć neuronową i sygnalizacją przypominającą synapsy. – Nasza obecna praca toruje drogę do replikacji uczenia się i pamięci podobnych do działania mózgu w niebiologicznych systemach sprzętowych i sugeruje, że u podstaw inteligencji podobnej do mózgu może leżeć fizyczna – wyjaśnił.

Sieci nanoprzewodowe to rodzaj nanotechnologii, zwykle wykonanej z maleńkich, wysoce przewodzących srebrnych drutów, które są niewidoczne gołym okiem, pokrytych tworzywem sztucznym, które są rozrzucone na sobie jak siatka. Przewody naśladują aspekty sieciowej fizycznej struktury ludzkiego mózgu.

Postępy w sieciach nanoprzewodowych mogą zwiastować wiele zastosowań w świecie rzeczywistym, takich jak ulepszanie robotyki lub urządzeń czujnikowych, które muszą podejmować szybkie decyzje w nieprzewidywalnych środowiskach.

– Sieć nanoprzewodów jest jak syntetyczna sieć neuronowa, ponieważ nanoprzewody działają jak neurony, a miejsca, w których się łączą, są analogiczne do synaps – powiedział starszy autor, profesor Zdenka Kuncic z Wydziału Fizyki. – Zamiast wdrażać jakieś zadanie uczenia maszynowego, w tym badaniu dr Loeffler poszedł o krok dalej i próbował wykazać, że sieci nanoprzewodów wykazują funkcję poznawczą.

Aby przetestować możliwości sieci nanoprzewodowej, naukowcy poddali ją testowi podobnemu do typowego zadania pamięciowego stosowanego w eksperymentach psychologii człowieka, zwanego zadaniem N-Back.

Dla osoby zadanie N-Back może polegać na zapamiętaniu konkretnego zdjęcia kota z serii kocich obrazów przedstawionych w sekwencji. Wynik N-Back wynoszący 7 (średnia dla ludzi) wskazuje, że dana osoba może rozpoznać ten sam obraz, który pojawił się siedem kroków wstecz.

Po zastosowaniu w sieci nanoprzewodowej naukowcy odkryli, że może ona „zapamiętać” żądany punkt końcowy w obwodzie elektrycznym siedem kroków wstecz, co oznacza wynik 7 w teście N-Back.

– To, co tutaj zrobiliśmy, to manipulowanie napięciami elektrod końcowych, aby wymusić zmianę ścieżek, zamiast pozwalać sieci robić swoje. Zmusiliśmy ścieżki, aby szły tam, gdzie chcieliśmy – powiedział dr Loefflers.- Kiedy to wdrożyliśmy,  „pamięć” przewodów miała znacznie większą dokładność i tak naprawdę nie zmniejszała się w czasie, co sugeruje, że znaleźliśmy sposób na wzmocnienie ścieżek, aby popchnąć je tam, gdzie chcemy, a następnie sieć to pamięta.

Neuronaukowcy uważają, że tak działa mózg: niektóre połączenia synaptyczne wzmacniają się, podczas gdy inne słabną, i uważa się, że w ten sposób preferencyjnie zapamiętujemy niektóre rzeczy, jak się uczymy i tak dalej.

Naukowcy stwierdzili, że gdy sieć nanoprzewodów jest stale wzmacniana, osiąga punkt, w którym to wzmocnienie nie jest już potrzebne, ponieważ informacje są konsolidowane w pamięci.

– To trochę jak różnica między pamięcią długoterminową a pamięcią krótkotrwałą w naszych mózgach – powiedział profesor Kuncic. – Jeśli chcemy coś zapamiętać przez długi czas, naprawdę musimy trenować nasze mózgi, aby to utrwalić, w przeciwnym razie z czasem po prostu zanika.

Zdjęcie zajawka: Kohji Asakawa/Pixabay