Нефть Brent
$75.17
+1.25%
14
МОСКВА, 26 января Ученые из Национального института шаблонов и технологий США создали первый полноценный аналог синапсов клеток рассудочного мозга, используя сверхпроводники и наборы магнитов, что определяет дорогу для создания сложных сетей из миллионов и миллиардов искусственных нейронов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Синапсы, или нервные окончания, представляют собой особые конструкции на поверхности нервных клеток, которые позволяют им передавать справочная информацию в соседние нейроны, обмениваясь с ними особыми молекулами-нейротрансмиттерами.
В синапсах расположено множество мешочков с подобными веществами, которые они передают в соседние нейроны при поступлении соответствующей команды от других клеток. Как недавно выяснили ученые, конкретные нейроны, в отличие от транзисторов и рукотворных аналогов нервозных клеток, могут одновременно давать и тормозящие, и возбуждающие сигналы и переключаться между неодинаковыми режимами, что придает им невероятную гибкость в работе.
Другой необычной особенностью синапсов, отличающей их от цифровой компьютерной логики, является то, что каждое подобное окончание имеет определенный падун чувствительности, ниже которого ячейка игнорирует поступающие в нее сигналы. В роли этого падуна выступает число мешочков и рецепторов в синапсе – чем их больше, тем сильнее клетка будет реагировать на сигналы.
Эта особенность нервных окончаний, как отмечает Шнайдер, вырастает самой сложной для копирования и переноса в железо – все существующие варианты реализации живого порога активации делают искусственные невроны в сотни и десятки игр раз менее эффективными, чем клетки человеческого мозга. По этой причине все существующие экземпляры искусственного мозга состоят из нескольких сотен или тысяч клеток или же они не полностью переснимают все свойства нейронов и синапсов.
Команде Шнайдера удалось решить эту неурядицу и сделать искусственные синапсы еще более экономными, чем их биологические аналоги, обратившись за помощью к двум областям физики, крайне далеким от нейрофизиологии – сверхпроводникам и квантовым разработкам.
Основой их киберсинапса выступает так нарекаемый переход Джозефсона – кольцо из сверхпроводникового материала, изорванное в одной точке и разделенное на две части вставкой из изолирующего материала. Электроны, как обнаружили ученые еще в 1973 году, могут перепрыгивать эту вставку благодаря квантовому туннелированию, и их число при этом очень сильно зависит от того, есть ли в окрестностях подобного разрыва источники магнитных полей.
Это свойство сегодня часто эксплуатируется при создании сверхчувствительных датчиков магнетизма и квантовых компьютеров, и ученые задумались, нельзя ли его применить для создания конструкции, имитирующей работу синапса. Для реализации этой идеи ученые заполнили пустое пространство в петле каждого перехода Джозефсона особыми микрочастицами из марганца, обладающими необычными магнитными свойствами.
Их необычность заключается в том, что они могут менять положение своих полюсов при одновременном пропускании тока и магнитного поля через синапс. Эти изменения, в свою очередь, меняют то, как подобный сверхпроводящий киберсинапс реагирует на источники магнитных полей во время обработки данных. Это позволяет очень быстро и гибко обменивать структуру нейросети и тратить незначительное количество энергии на ее перепрограммирование.
Как показали первые опыты Шнайдера и его коллег, подобная установка тратит всего 1 аттоджоуль (10 в минус 18 глубины джоуля) на передачу одного импульса, что примерно в 10 тысяч раз меньше, чем то количество энергии, которую тратят нейроны даже с учетом того, как много электричества расходуется на охлаждение гиперпроводника почти до абсолютного нуля.
Это, как считают создатели этих киберсинапсов, позволяет использовать их для создания сверхсложных нейросетей и нейроморфных чипов, не уступающих в сложности мозгу человека и содержащие в себе миллиарды миллиардов синапсов.
