Российские ученые создали искусственный нейрон для изучения мозга

Ученые Саратовского университета разработали новый искусственный нейрон, который может быть использован для исследований мозга, нейропротезирования и развития искусственного интеллекта.

Этот научный прорыв отличается высокой простотой и экономичностью по сравнению с другими аналогами. Результаты исследования были опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.

Исследователи Саратовского университета создали новый электронный генератор нейроноподобной активности, известный как искусственный нейрон типа ФитцХью–Нагумо. Этот уникальный устройство может имитировать работу нейронов в мозге и открывает новые перспективы для исследований в области нейробиологии и искусственного интеллекта.

Создание этого искусственного нейрона представляет собой значительный шаг вперед в области нейронауки и технологий. Новые возможности, которые он открывает, могут привести к революционным открытиям в понимании работы человеческого мозга и создании более эффективных нейропротезов.

В процессе оптимизации схемы, исследователи решили углубиться в анализ динамических режимов и энергопотребления. Они начали с уменьшения числа элементов и устранения избыточных источников питания, с целью повышения эффективности устройства. Параллельно с этим, они стремились сохранить важные динамические режимы, такие как режимы импульсной активности.

За основу взяв ранее разработанную схему, исследователи начали ее модификацию, сосредотачиваясь на улучшении характеристик устройства. Они активно искали способы сокращения лишних элементов и оптимизации контуров, чтобы снизить энергопотребление. Один из ключевых моментов в оптимизации стал использование диода в цепи операционного усилителя, что значительно улучшило работу устройства.

В результате тщательного анализа и оптимизации схемы, исследователи не только смогли значительно уменьшить энергопотребление устройства, но и улучшить его динамические характеристики за счет инновационного подхода к использованию диода в цепи.

Исследование новой схемы началось с построения вольтамперных характеристик и измерения зависимости амплитуды сигнала от сопротивления потенциометра. Один из управляющих резисторов был заменен на потенциометр, что упростило изменение режимов генерации. Об этом рассказал аспирант кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Лев Такаишвили.

Полный цикл разработки искусственного нейрона был успешно завершен исследователями под руководством профессора кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Ильи Сысоева. В ходе работы были проведены эксперименты, позволяющие более гасглубленно изучить характеристики и потенциал новой схемы.

В ходе исследования была разработана математическая модель, имитационная модель, построенная в симуляторе схем ngSPICE, и натурная реализация. Четыре устройства уже собраны, подчеркнул исследователь.

Согласно его словам, ученые сфокусировались на трех основных задачах. Во-первых, они провели упрощение существующей схемы, удалив лишние элементы, но сохранив основные колебательные моды. Во-вторых, они внесли изменения, чтобы сделать колебания более импульсными, аналогично реальным нейронам. В-третьих, была достигнута определенная модульность. Путем изменения количества диодов в схеме можно варьировать форму колебаний, подобно различиям между разными типами нейронов мозга: пирамидами, интернейронами, ретикулярными клетками и другими.

Искусственные нейроны могут быть использованы не только для развития искусственного интеллекта и нейропротезирования, но и для фундаментальных исследований мозга. Об этом сообщил профессор кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии СГУ Владимир Пономаренко. Одним из наиболее перспективных направлений применения электронных нейронов является создание искусственной жизни. Мозг млекопитающих содержит миллиарды нейронов, и его аппаратное моделирование на сегодняшний день представляет сложную задачу. Однако моделирование нервной системы более простых организмов, таких как черви нематоды или мозг дрозофилы, становится все более реалистичным при использовании соответствующих моделей искусственных нейронов. В перспективе, через 12-15 лет, возможно появление искусственных животных, созданных на основе таких технологий, поделился ученый.

В будущем ученые планируют не только улучшать свойства искусственного нейрона, но и интегрировать его в сложные системы для решения разнообразных задач в области биомедицины, робототехники и фундаментальной науки. Это междисциплинарная работа, требующая совместных усилий специалистов различных областей, включая электронщиков, математиков, программистов, биологов и врачей.

С целью дальнейшего совершенствования искусственного нейрона и его применения в различных областях, ученые сосредоточатся на исследованиях, направленных на повышение эффективности и надежности этой технологии. Они будут работать над созданием новых методов интеграции и оптимизации функций искусственного нейрона.

Разработка искусственного нейрона была осуществлена благодаря поддержке программы "МОЗГ" Фонда "Идея" и гранта РНФ, что подчеркивает важность и перспективность данного направления исследований. Важно продолжать финансовую и организационную поддержку подобных проектов для дальнейшего прогресса в области искусственного интеллекта.

Источник и фото - ria.ru