Российские ученые создали искусственный нейрон для изучения мозга

Ученые Саратовского университета создали новый искусственный нейрон, предназначенный для исследований мозга, нейропротезирования и развития искусственного интеллекта.

Этот новый искусственный нейрон, разработанный исследователями СГУ имени Н.Г. Чернышевского, опережает своих аналогов по простоте и экономичности. Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Chaos, Solitons & Fractals.

Исследователи из Саратова создали электронный генератор нейроноподобной активности, который является новым типом искусственного нейрона, основанного на модели ФитцХью–Нагумо. Этот инновационный подход открывает новые перспективы для исследований в области нейронауки и развития технологий нейропротезирования.

Новый искусственный нейрон, созданный учеными из Саратовского университета, представляет собой значимый шаг вперед в области исследований мозга и разработки технологий искусственного интеллекта. Эта инновация может стать основой для создания более эффективных нейропротезов и улучшения понимания работы человеческого мозга.

Для улучшения энергоэффективности и оптимизации работы устройства, исследователи решили внести изменения в уже существующую схему. Они стремились не только уменьшить количество элементов и убрать избыточные детали, но и сохранить важные динамические режимы работы, такие как импульсная активность. В процессе модификации схемы они пришли к интересному решению – использованию диода в цепи операционного усилителя, что значительно улучшило характеристики устройства.

Для новой схемы, исследователи построили вольтамперные характеристики и измерили зависимость амплитуды сигнала от сопротивления потенциометра. Они заменили один из управляющих резисторов на потенциометр, чтобы облегчить изменение режимов генерации. Рассказ об этом дал аспирант кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Лев Такаишвили.

Профессор кафедры системного анализа и автоматического управления СГУ Илья Сысоев отметил, что исследователи успешно завершили полный цикл разработки искусственного нейрона. Этот процесс включал в себя не только построение вольтамперных характеристик, но и изучение зависимости амплитуды сигнала от изменения сопротивления.

Новая схема, разработанная исследователями, представляет собой значительный шаг вперед в области автоматического управления. Она позволяет более гибко настраивать режимы генерации и повышает эффективность работы искусственного нейрона.

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

Помимо этого, в процессе работы над проектом ученые столкнулись с тремя ключевыми задачами. Во-первых, было решено упростить существующую схему, избавившись от лишних элементов, но сохраняя основные колебательные моды. Во-вторых, они внесли изменения, чтобы сделать колебания более импульсными, вдохновляясь реальными нейронами. В-третьих, была достигнута определенная модульность. Путем изменения количества диодов в схеме можно изменять форму колебаний, аналогично различиям между разными типами нейронов в мозге: пирамидальными, интернейронами, ретикулярными клетками и другими.

Исследования в области разработки электронных нейронов имеют широкий спектр применений, включая развитие искусственного интеллекта, нейропротезирование и фундаментальные исследования мозга. Как отметил профессор Владимир Пономаренко, одним из наиболее перспективных направлений является создание искусственной жизни.

Сегодняшний уровень технологий не позволяет аппаратно моделировать мозг млекопитающих из-за его сложности, однако моделирование нервной системы более простых организмов, таких как черви нематоды или мозг дрозофилы, становится все более реалистичной задачей 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 расширить исследования по улучшению свойств искусственного нейрона и его интеграции в сложные системы для решения разнообразных задач в области биомедицины, робототехники и фундаментальной науки. Это амбициозная и перспективная междисциплинарная работа, требующая совместных усилий специалистов в области электроники, математики, программирования, биологии и медицины.

Поддержка данной разработки была предоставлена в рамках программы "МОЗГ" Фонда "Идея" и с использованием гранта РНФ. Это свидетельствует о значимости и перспективности проекта, который направлен на развитие передовых технологий и научных открытий в области искусственного интеллекта и нейротехнологий.

Исследования в данной области имеют огромный потенциал для создания инновационных решений в медицине, робототехнике и других сферах, что делает эту работу важной и актуальной для научного сообщества.

Источник и фото - ria.ru