МОСКВА, 14 окт. Новый искусственный нейрон для исследований мозга, нейропротезирования и искусственного интеллекта создали ученые Саратовского университета. По их данным, разработка опережает большинство аналогов по простоте и экономичности. Результаты исследования опубликованы в ведущем научном журнале Chaos, Solitons & Fractals.
Исследователи Саратовского национального исследовательского государственного университета (СГУ) имени Н.Г. Чернышевского сконструировали новый электронный генератор нейроноподобной активности (искусственный нейрон) типа ФитцХью–Нагумо. За основу они взяли ранее построенную схему и стали ее модифицировать, стараясь с одной стороны уменьшить число элементов, убрать дублирующие контуры и избыточные источники питания, чтобы снизить энергопотребление. С другой стороны, они стремились сохранить важные динамические режимы, в первую очередь, режимы импульсной активности.
«Когда мы выбросили из схемы почти все лишнее, мы придумали очень интересный трюк с диодом в цепи операционного усилителя, который существенно улучшил характеристики устройства. Для новой схемы мы построили вольтамперные характеристики, затем измерили зависимость амплитуды сигнала от сопротивления потенциометра, на который заменили один из управляющих резисторов, чтобы было проще менять режимы генерации», — рассказал аспирант кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Лев Такаишвили.
Исследователи выполнили полный цикл разработки искусственного нейрона, отметил профессор кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Илья Сысоев.
«У нас есть математическая модель, имитационная модель, построенная в симуляторе схем ngSPICE, и натурная реализация. Мы собрали уже целых четыре устройства», — перечислил он.
По его словам, в своей работе ученые решили три основные задачи. Во-первых, они упростили существующую схему, удалив ненужные элементы, но сохранив основные колебательные моды. Во-вторых, они модифицировали ее так, чтобы сделать колебания более импульсными, как в реальных нейронах. В-третьих, они добились определенной модульности. Изменяя число диодов в схеме, можно варьировать форму колебаний подобно тому, как отличается форма разных типов нейронов мозга: пирамид, интернейронов, ретикулярных клеток и др.
Разработка может использоваться для развития искусственного интеллекта, нейропротезирования, а также для фундаментальных исследований мозга, сообщил профессор кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии СГУ Владимир Пономаренко.
«Одно из самых ярких и перспективных применений электронных нейронов — создание искусственной жизни. Мозг млекопитающих состоит из миллиардов нейронов, и его аппаратное моделирование недоступно на существующем техническом уровне. Однако моделирование нервной системы червей нематод или мозга дрозофилы — уже более реалистичная задача при использовании подходящих моделей искусственных нейронов. Мы надеемся, что в среднесрочной перспективе (через 12-15 лет) такие искусственные животные будут сконструированы», — рассказал он.
В будущем ученые планируют заняться улучшением свойств искусственного нейрона и его интеграцией в сложные системы для решения задач биомедицины, робототехники и фундаментальной науки. Это междисциплинарная работа, которая потребует совместных усилий электронщиков, математиков, программистов, биологов и врачей.
Разработка была осуществлена при поддержке программы «МОЗГ» Фонда «Идея» и при поддержке гранта РНФ.
Свежие комментарии