Pentru prima dată, oamenii de ştiinţă au reuşit să construiască o sinapsă artificială.
O echipă internaţională de cercetători de la Universitatea Utrecht din Olanda şi de la Universitatea Sogang din Coreea de Sud a simulat joncţiuni neurologice, numite sinapse, folosind aceleaşi ingrediente de apă şi sare pe care le foloseşte creierul, contribuind astfel la un domeniu emergent care combină biologia cu electronica, numit iontronică.
Echipa a declarat într-un comunicat fost inspirată de funcţionarea creierului uman, care foloseşte, de asemenea, particule încărcate numite ioni dizolvate în apă pentru a transmite semnale în interiorul neuronilor.
O caracteristică importantă a capacităţii creierului de a procesa informaţii este plasticitatea sinaptică, care permite neuronilor să ajusteze puterea conexiunilor dintre ei ca răspuns la istoricul de intrare.
Denumit memristor iontronic, dispozitivul „îşi aminteşte” câtă încărcătură electrică a trecut anterior prin el, ceea ce ne aduce mai aproape de generarea unor sisteme artificiale capabile să imite superputerile creierului uman.
Imaginea unei sinapse. O reprezentare grafică a noii sinapse. Credit: Universitatea din Utrecht, aprilie 2024
„Reprezintă un progres crucial către computere capabile nu doar să imite modelele de comunicare ale creierului uman, ci şi să utilizeze acelaşi mediu”, spune specialistul în fizică Tim Kamsma de la Universitatea Utrecht.
Având forma unui con cu o soluţie de apă şi sare în interior, memristorul iontronic măsoară doar 150 pe 200 de micrometri - lăţimea a aproximativ trei sau patru fire de păr uman una lângă alta.
Impulsurile electrice determină ionii să se deplaseze prin canalul în formă de con, variaţiile sarcinii electrice ducând la variaţii în mişcarea ionilor.
Schimbarea modului în care sinapsa conduce electricitatea poate fi măsurată şi decodificată pentru a înţelege care a fost semnalul de intrare, reprezentând un fel de memorie.
Este încă un stadiu foarte incipient pentru acest dispozitiv şi pentru iontronică în general. Cu toate acestea, modul în care lungimea canalului afectează durata de păstrare a memoriei memristorului sugerează deja că aceste canale ar putea fi adaptate pentru sarcini specifice, la fel cum se întâmplă în creier. De asemenea, fizicienii vor să vadă cum ar putea fi combinate aceste sinapse sintetice în diferite moduri.
Fiind relativ rapid şi ieftin de produs, noul design ar putea fi extins pentru o serie de aplicaţii viitoare.
„În timp ce există deja sinapse artificiale capabile să proceseze informaţii complexe bazate pe materiale solide, noi arătăm acum pentru prima dată că această performanţă poate fi realizată şi cu ajutorul apei şi al sării”, spune Kamsma.
„Replicăm în mod eficient comportamentul neuronal folosind un sistem care utilizează acelaşi mediu ca şi creierul”, adaugă fizicianul.
Speranţa este că, urmând cu atâta fidelitate planul furnizat de creier, în loc să se bazeze pe procesele şi componentele electrice tradiţionale, specialiştii vor putea să se apropiem de capacitatea şi eficienţa creierului creând computere bazate pe tiparul creierului uman.
Cercetarea a fost publicată în revista PNAS.
Foto articol: O ilustraţie reprezentând sinapsele creierului între neuroni. Credit: Universitatea din Utrecht, aprilie 2024.
