Физики создали первый искусственный аналог синапса нервных клеток
РИА Новости.Американские ученые разработали первый полупроводниковый аналог синапса — соединения между нервными клетками, что позволит ученым создавать вычислительные системы, имитирующие работу мозга, и изучать его тайны в «железе», говорится в статье, опубликованной в журнале ACS Nano.
© РИА Новости
«Главной отличительной чертой синапсов является то, что они могут одновременно передавать как возбуждающие, так и тормозящие сигналы в другие нервные клетки. Все попытки скопировать их устройство требуют использования 10-20 транзисторов, комбинация которых позволяет имитировать только одно нервное окончание.
Мозг человека, в свою очередь, содержит 100 триллионов синапсов», — рассказывает Хань Ван (Han Wang) из университета Южной Калифорнии в Сан-Франциско (США).
Синапсы, или нервные окончания, представляют собой особые структуры на поверхности нервных клеток, которые позволяют им передавать информацию в виде электрических и химических сигналов в соседние нейроны, обмениваясь с ними особыми молекулами-нейротрансмиттерами. В клетках мозга человека и животных содержатся десятки подобных веществ, часть из которых возбуждает нейроны, заставляя их чаще вырабатывать сигналы, а другие — подавляют их работу.
В синапсах расположены множество «мешочков» с подобными веществами, которые они передают в соединенный с ними нейрон при поступлении соответствующей «команды» в нервную клетку от других клеток, связанных с ней собственными нервными окончаниями. Как недавно выяснили ученые, настоящие нейроны, в отличие от транзисторов и рукотворных аналогов нервных клеток, могут одновременно передавать и тормозящие, и возбуждающие сигналы и «переключаться» между разными режимами, что придает им невероятную гибкость в работе.
Ван и его коллеги создали первый полноценный аналог синапса, собрав своеобразный бутерброд из нескольких кусочков разных полупроводников — так называемого черного фосфора и селенида олова, а также двух золотых контактных площадок и подложки из двуокиси кремния.
Ключевая часть этого искусственного синапса — тонкий слой оксида фосфора, разделяющий фосфорный полупроводник и подложку, как рассказывают ученые, может показаться многим исследователям ошибкой или дефектом производства, поскольку такие слои обычно образуются при плохой изоляции микросхем и при их контакте с воздухом во время изготовления.
На самом деле, эта часть бутерброда Вана и его коллег позволяет ему переключаться между разными режимами работы, пропуская или не пропуская ток при приложении электрического поля к одному или двум золотым электродам. То, сколько тока пропускает этот слой, можно гибко менять, используя электроды, что позволяет полностью имитировать работу синапсов и нервных клеток в целом.
Соответственно, комбинации большого числа подобных искусственных нервных окончаний можно применять не только для создания искусственных нейросетей, не тратя на это огромное количество транзисторов или вычислительных ресурсов, но и для создания аналогов мозга и цепочек нейронов живых существ и изучения того, как они работают. Это, как надеются ученые, приблизит нас к раскрытию тайн человеческого сознания.
Источник: РИА Новости
