Ученые построили электронную модель, которая обменивается информацией со скоростью живого мозга

Ученые из Университетв Модены и Реджо-Эмилии, Модена, Италия смоделировали передачу информации между нейронами мозга человека. Ученым удалось добиться скорости передачи между электронными нейронами сравнимой с передачей информации между нейронами живого мозга. Передачу информации в мозге удалось воссоздать с помощью электронных нейронов Электронный мозг приближается по эффективности к мозгу человека. DALLE-3 Мозг тратит удивительно мало энергии на свою работу. А большие языковые модели тратят настолько много, что их уже стараются выносить в развивающиеся страны, где потребление энергии пока сравнительное небольшое. Но по мере того, как ИИ-модели становятся все мощнее, их энергозатратность становится реальной проблемой. Значит надо учиться у мозга экономить энергию.

Биологический мозг, особенно мозг человека, представляет собой удивительную вычислительную систему, которая потребляет очень мало энергии и работает с высокой эффективностью. Чтобы построить столь же хорошую вычислительную систему, многие ученые сосредотачивают усилия на разработке аппаратных компонентов, предназначенных для имитации нейронов мозга — нейроморфных процессоров.

Исследовательская группа подошла к этой цели под другим углом, вместо имитации нейронов ученые сосредоточились на передаче информации в мозге. Их метод прошел биологические и цифровые эксперименты, и доказал свою эффективность в электронной нейроморфной системе.

Хотя электронные системы не полностью воспроизвели сложную передачу информации между нейронами, команда продемонстрировала, что можно преобразовать биологические цепи в электронные, сохраняя при этом объем передаваемой информации. «Это представляет собой ключевой шаг к созданию искусственных систем с низким энергопотреблением, основанных на структуре мозга», — отмечают авторы.

Как строили электронный мозг

Гранулярная клетка мозжечка и ее реакция на пару 50-герцовых стимулов. (A) Биологический нейрон. (B) Вычислительная модель, использованная для моделирования. (C) Смоделированный нейрон. (D) Электронный нейрон. Гранулярная клетка мозжечка и ее реакция на пару 50-герцовых стимулов. (A) Биологический нейрон. (B) Вычислительная модель, использованная для моделирования. (C) Смоделированный нейрон. (D) Электронный нейрон.Daniela Gandolfi et al.

Чтобы оценить эффективность передачи информации, команда использовала теорию информации. Ученые оценили количество информации, которую переда синапсы нейронам, а затем проверили сколько взаимосвязь между входными стимулами и реакциями нейронов.

Сначала команда провела эксперименты с биологическими нейронами. Ученые использовали срезы мозга крыс, записывая и анализируя биологические цепи гранулярных клетках мозжечка. Затем они оценили информацию, передаваемую через синапсы от мшистых волокон — главного источника информации, поступающей в мозжечок, к гранулярным клеткам мозжечка.

Мшистые волокна периодически стимулировали электрическими импульсами, чтобы вызвать синаптическую пластичность — фундаментальную биологическую особенность, при которой передача информации в синапсах постоянно усиливается или ослабляется при повторяющейся активности нейронов.

Результаты показывают, что изменения обмена информацией во многом согласуются с изменениями, вызванными синаптической пластичностью. Результаты моделирования на электронных нейроморфных моделях в основном согласуются с биологическими моделями..

Команда провела эксперименты с цифровыми моделями нейронов. Они применили модель искусственной нейронной сети. Ученые использовали импульсные нейронные сети, которые созданы на основе функционирования биологических нейронов и считаются многообещающим подходом для достижения эффективных нейроморфных вычислений.

В модели четыре мшистых волокна соединили с одной гранулярной клеткой мозжечка, и каждому соединению присваивается случайный вес, который влияет на эффективность передачи информации, подобно тому, как синаптическая пластичность влияет на биологические цепи. В ходе экспериментов команда применила восемь шаблонов стимуляции ко всем мшистым волокнам и записала ответы, чтобы оценить передачу информации в искусственной нейронной сети.

В заключении команда провела эксперименты с электронными нейронами. Использовалась установка, аналогичная установкам биологического и имитационного экспериментов. Полупроводниковое устройство функционировало как нейрон, а четыре специализированных мемристора функционировали как синапсы.

Команда применила 20 последовательностей импульсов, чтобы уменьшить значения сопротивления, а затем применила еще 20, чтобы их увеличить. Изменение значений сопротивления оценили с точки зрения эффективности передачи информации внутри нейроморфной системы.

Мозг на нейроморфных процессорах widget-interest

Весь мозг на одном кристалле. Будущее мемристоров приближается

 

Ученые обнаружили новый вид синапсов в крошечных волосках на мембране нейронов

 

Долгосрочная память может храниться в мембранах нейронов

Помимо проверки количества информации, передаваемой биологическими, смоделированными и электронными нейронами, команда также подчеркнула важность синхронизации импульсов, которая, как они заметили, тесно связана с передачей информации. Это наблюдение может повлиять на развитие нейроморфных вычислений.

Источник
Комментарии 0
Оцените статью
WARHEAD.SU
Добавить комментарий