Мозъчната функция е частично възпроизведена с помощта на нанотехнология

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on email
Спонтанни химични сигнали, имитиращи нервните импулси, се създават в мрежа от въглеродни нанотръбички, покрити с молекули на полиоксометалат. Credit: Osaka University
Спонтанни химични сигнали, имитиращи нервните импулси, се създават в мрежа от въглеродни нанотръбички, покрити с молекули на полиоксометалат.
Credit: Osaka University

Нашият мозък се нуждае от изненадващо малко количество енергия, за да извършва разнообразните си функции. Две от най-важните характеристики на невронната мрежа са способност за обучение на невронните синапси и предаването на нервни импулси. Благодарение на бързото развитие на неврологията, човешкият мозък е детайлно изследван, но е изключително трудно да бъде създадено копие на структурата му в лабораторни условия. Проучванията на мозъчните функции се извършват или с уреди, които в ограничена степен имитират някои мозъчни механизми, или с изкуствени опростени реплики на невронната мрежа. Друг метод е използването на невронни чипове, наподобяващи структурно и функционално мозъка, но формирането и предаването на сигнали, имитиращи нервните импулси, все още не са достатъчно ефективни.

Екип учени от Технологичния институт в Кюшу (Kyushu Institute of Technology) и Университета в Осака разработва технология, наподобяваща действието на невроните в мозъка. Използвайки атомно-силов микроскоп, учените успяват да свържат въглеродни нанотръбички, покрити с полиоксометалат, в компактна мрежа, която създава химични сигнали, имитиращи нервните импулси между невроните. Резултатите от проучването са публикувани в сп. Nature Communications.

Полиоксометалатът се състои от атоми на преходни метали от V или VI химична група, които са свързани с кислородни атоми и формират 3-D пространствена структура. Полиоксометалатните молекули могат да съхраняват електричен заряд, което не е характерно за обикновените органични молекули. Резултатите от проведеното изследване показват, че взаимодействието между полиоксометалатните молекули води до динамично неравновесно състояние на електричните заряди в наномрежата, което създава отрицателно променливо съпротивление и формиране на химични сигнали. Научният екип, ръководен от Мегуми Акай-Касая (Megumi Akai-Kasaya) към университета в Осака, изследва степента на ефективност на новата технология, като създава повтаряща се честота на химичните сигнали в наномрежата. Следващ етап в научните изследвания е получената наномрежа да стане част от reservoir computing – ново поколение изкуствен интелект, който имитира структурно невронната мрежа в мозъка.

“Нашето проучване има голямо значение, защото успяхме да възпроизведем частично мозъчната функция с помощта на наноматериали. Доказахме способността на молекулните мрежи да се превърнат в изкуствен нервноморфен интелект”, казва Хирофуми Танака (Hirofumi Tanaka) от Технологичния институт в Кюшу и водещ автор в публикацията.

Превод: Гинка Николова


РЕКЛАМА:

***

Източник: Science Daily

Публикация:

Hirofumi Tanaka, Megumi Akai-Kasaya, Amin TermehYousefi, Liu Hong, Lingxiang Fu, Hakaru Tamukoh, Daisuke Tanaka, Tetsuya Asai, Takuji Ogawa. A molecular neuromorphic network device consisting of single-walled carbon nanotubes complexed with polyoxometalateNature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04886-2