В России сделали шаг к электронной имитации мозга
Метод управления пачечной динамики нейронных сетей предложили ученые Университета Лобачевского. По их словам, им впервые в мире удалось имитировать один из ключевых информационных процессов мозга с помощью модели особых электронных устройств, мемристоров. Результаты опубликованы в журнале Mathematics.
Мемристоры – недавно разработанный тип электронной элементной базы, который, как объяснили специалисты, воспроизводит работу биологических синапсов, передающих нервный импульс между нейронами.
По словам исследователей Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ), использование мемристивных устройств сегодня все более актуально в разных сферах, эти устройства дают возможность разрабатывать новые вычислительные архитектуры, используя их параллелизм, энергонезависимость и низкое энергопотребление, но сейчас почти отсутствуют работы, посвященные применению мемристоров в функциональных биологических системах.
Специалисты ННГУ предложили модель, описывающую способ управления пачечной динамики нейронной сети с помощью мемристоров. Аналогичных работ сегодня в мире нет, отметили ученые.
Исследование, по словам авторов, является важным шагом в разработке инвазивных нейроинтерфейсов и имеет большую ценность для развития методов диагностики и терапии эпилепсии.«»Мы показали, как с помощью мемристоров, имитирующих пластичность, зависящую от времени спайков, или STDP, можно осуществлять управление динамикой нейронной сети. В нейробиологических экспериментах было показано, что STDP является важнейший элемент в регуляции синхронной активности мозга. STDP определяет силу связей между нейронами и позволяет моделировать те процессы развития нервной системы, которые зависят от активности», – рассказал доцент кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины Университета Лобачевского Сергей Стасенко.
Процесс измерения характеристик мемристоров в лаборатории мемристорной наноэлектроники ННГУ (работу выполняет сотрудник лаборатории — студент ННГУ Юрий Слиняков)
По словам ученых, применение мемристоров позволит разработать целое семейство новых электронных устройств на “мозгоподобных” принципах, обладающих повышенной функциональностью относительно привычной электроники.
«Мы также показали, как мемристивное устройство интегрируется в биологически правдоподобную модель регуляции динамики нейронной сети. Наша модель не только демонстрирует эффекты сетевой регуляции, как в биологическом мозге, но и состоит из элементов, которые можно воплотить в «железе», – подчеркнул Стасенко.
В работе специалистов ННГУ использовалась математическая модель мемристоров, так как серийное производство мемристоров-микрочипов еще не начато, объяснили ученые.
«Это в первую очередь фундаментальное исследование на стыке математики, нейробиологии, физики и материаловедения, цель которого – дать новые возможности в области прикладных нейроморфных вычислительных систем», – отметил Стасенко.
В дальнейшем научный коллектив намерен разработать математические модели и устройства для нейроморфных вычислительных систем, которые позволят имитировать более сложные информационные функции мозга.
