Исследователи из Принстонского университета объединили клетки мозга и современную электронику в единое трехмерное устройство, которое можно запрограммировать на распознавание образов с помощью вычислительных методов. Предыдущие попытки использовать клетки мозга для вычислений основывались на двумерных культурах, выращенных в чашке Петри, или трехмерных кластерах, которые исследовались и контролировались извне. Устройство, созданное в Принстоне, работает по-другому — изнутри.
Используя передовые технологии производства, команда создала трехмерную сетку из микроскопических металлических проволок и электродов, покрытых тонким слоем эпоксидной смолы. Благодаря тонкому слою покрытие обладает достаточной гибкостью, чтобы взаимодействовать с мягкими нейронами, которые растут вокруг него. Команда использовала сетку в качестве каркаса для выращивания десятков тысяч нейронов в обширную трехмерную сеть, которую можно использовать для вычислений.
По словам исследователей, новый комплексный подход позволил им регистрировать и стимулировать электрическую активность нейронов с гораздо большей точностью, чем при использовании предыдущих методов. Они наблюдали за эволюцией системы в течение более чем шести месяцев, экспериментируя с различными способами усиления и ослабления связей между ключевыми нейронами, и в итоге обучили алгоритм распознавать паттерны электрических импульсов.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Electronics
В одном тесте использовались пары различных пространственных паттернов. В другом — различные временные паттерны. Система правильно распознала паттерны в обоих тестах. Исследователи надеются масштабировать систему до такой степени, чтобы она могла выполнять все более сложные задачи.
«В ближайшем будущем настоящим узким местом для развития искусственного интеллекта станет энергопотребление, — сказал доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Тянь-Мин Фу. — Наш мозг потребляет лишь малую часть — примерно одну миллионную — энергии, которую потребляют современные системы искусственного интеллекта для выполнения аналогичных задач».