Новая компьютерная память имитирует работу мозга

Новая компьютерная память имитирует работу мозга

Художественное изображение нейронной сети
(иллюстрация Peter Allen).

Традиционно все электронные устройства передают и хранят любую информацию в виде двоичного кода. Комбинации нулей и единиц или, применительно к компьютерным чипам, наличие и отсутствие тока, надолго стали простой и надёжной основой всех вычислительных процессов. Но в человеческом головном мозге все происходящие процессы гораздо сложнее, и несколько потоков информации обрабатываются одновременно.

В тот момент, когда вы читаете этот текст, ваш мозг за доли секунды распознаёт буквы и символы, определяет их взаимное расположение и по многим каналам связи считывает заложенный смысл. Наше восприятие останется прежним, если изменить шрифт, цвет или размер букв. Эта особенность широко используется в популярном тесте "Капча" (CAPTCHA), позволяющем определить, кем является пользователь системы: человеком или компьютером.

Но, похоже, учёные из Королевского института технологий Мельбурна (RMIT) и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) сделали серьёзный шаг на пути к созданию искусственного человеческого мозга. Их детище в скором времени сможет пройти тест, притворившись человеком.

Инженеры Австралии и США впервые создали электронные ячейки памяти и небольшую искусственную нейронную сеть, которые в точности имитирует процессы хранения и обработки информации в нашей голове. Результаты двух исследований были опубликованы в изданиях Advanced Functional Materials и Nature.

Ключевым элементом новой технологии является мемристор. Название этого электронного компонента получено от слов memory — память, и resistor — электрическое сопротивление.
Это приспособление способно изменять сопротивление в зависимости от направления электрического тока и подобно человеческим нейронам использует для генерации электрических сигналов не электроны, а ионы. Другими словами, мемристор запоминает направление и величину "энергии", приложенной к нему в последний раз, и хранит эту информацию вплоть до прохождения следующего импульса. Таким образом, каждая ячейка такой памяти, как и нейрон, может хранить гораздо больше информации, чем просто "0" или "1".

"Это приближает нас к созданию похожей на мозг системы с памятью, которая позволяет запоминать, хранить и быстро извлекать аналоговую информацию, — говорит в пресс-релизе руководитель австралийского проекта Шарат Шрирам (Sharath Sriram). — Человеческий мозг это чрезвычайно сложный аналоговый компьютер, эволюция которого основана на его предыдущем опыте, и до сих пор эту функцию не могли адекватно воспроизвести с помощью цифровых технологий".

В качестве демонстрации возможностей новой системы исследователи из США построили элементарную искусственную нейронную сеть из ста синапсов. Она даже сквозь помехи безошибочно распознавала три буквы (Z, N и V), используя те же принципы, которыми руководствуется человек при решении аналогичной задачи.

"Это небольшой, но важный шаг, — говорит в пресс-релизе университета Санта-Барбары профессор Дмитрий Струков, работающий в этом университете. — В конечном счёте, схема может быть расширена и масштабирована до аналога человеческого мозга с квадриллионом синаптических связей".

Конечно, до разработки полноценного бионического мозга ещё далеко, особенно учитывая тот факт, что наука не до конца понимает тонкости работы оригинала. Однако прототип такого искусственного органа может существенно облегчить жизнь учёным, которые постоянно находятся под давлением морально-этических аспектов, ограничивающих эксперименты с мозгом живых людей.

В будущем такие модели можно будет использовать для изучения многих неврологических заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.