Opto-elektroninen siru jäljittelee hermosoluja

Insinöörit ovat matkineet ihmisen aivoja elektronisella sirulla, joka käyttää valoa muistin luomiseen ja muokkaamiseen.

Australialaisen RMIT-yliopiston tutkijat inspiroituivat nousevasta biotekniikan työkalusta - optogenetiikasta - kehittääkseen laitteen, joka jäljittelee aivojen tapaa tallentaa ja menettää informaatiota.

Uusi siru perustuu ohueen materiaaliin, joka muuttaa sähköistä vastusta vasteena erilaisille valon aallonpituuksille, jolloin se pystyy jäljittelemään tapaa, jolla neuronit toimivat informaation tallentamiseksi ja poistamiseksi aivoissa.

Optogenetiikka on aivotutkimuksen ala, jossa yksittäistä aivosolua hallitaan ja tutkitaan laservalon ja herkkien valokuitujen avulla.

Tutkimusryhmän johtaja Sumeet Walia kertoi, että tekniikka vie meidät lähemmäksi tekoälyä (AI), joka voi valjastaa käyttöömme aivojen hienostuneen toiminnallisuuden.

"Optogenetiikasta inspiroitu sirumme jäljittelee luonnon parhaan tietokoneen - ihmisen aivojen - perustavanlaatuista biologiaa", Walia toteaa.

"Informaation tallentamisen, poistamisen ja käsittelemisen kyky on laskennan kannalta kriittinen ja aivot tekevät tämän erittäin tehokkaasti.

"Pystymme simuloimaan aivojen hermostollista lähestymistapaa yksinkertaisesti heijastamalla erilaisia värejä sirullemme. Tämä tekniikka vie meidät tielle kohti nopeaa, tehokasta ja turvallista valopohjaista laskentaa.”

"Se tuo meille myös tärkeän askeleen lähemmäksi bionisten aivojen toteutusta - aivot-sirulla -piiriä, joka voi oppia ympäristöstään aivan kuten ihmiset tekevät."

"Tämä tekniikka luo tutkijoille valtavia mahdollisuuksia ymmärtää paremmin aivoja ja miten ne vaikuttavat häiriöihin, jotka häiritsevät hermoyhteyksiä, kuten Alzheimerin tauti ja dementia", toteaa tutkijakollega Taimus Ahmed.

RMIT:n tutkijat ovat myös osoittaneet, että siru voi ajaa myös logiikkaoperaatioita. Kehitetty tekniikka on myös yhteensopiva nykyisen elektroniikan kanssa ja se toimii myös joustavalla alustalla integroitavaksi puettavaan elektroniikkaan.

Neuraaliset yhteydet tapahtuvat aivoissa sähköimpulssien kautta. Kun pienet energiapiikit saavuttavat tietyn jännitekynnyksen, neuronit sitoutuvat toisiinsa - ja olet alkanut luoda muistia.

Piirillä valoa käytetään valovirran muodostamiseen. Värien välillä vaihtaminen johtaa valovirran suunnan muutokseen. Tämä suunnanvaihto vastaa neuraalisten yhteyksien sitomista ja katkeamista, mekanismia, jonka avulla neuronit voivat muodostaa yhteyden (ja indusoida oppimisen) tai estää (ja saada aikaan unohtamisen).

Tämä on samanlainen kuin optogenetiikka, jossa hermosolujen valon aiheuttama modifikaatio saa ne joko kytkeytymään päälle tai pois päältä, mahdollistaen tai estämällä yhteydet ketjun seuraavaan neuroniin.

Teknologian kehittämiseksi tutkijat käyttivät mustan fosforin (BP) vikakohtia. Vikakohdat ovat yleensä optoelektroniikassa ongelma, mutta tarkkuustekniikan avulla tutkijat pystyivät hyödyntämään viat uuden toiminnallisuuden luomiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Aivomaista tietotekniikkaa

Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi