Американские ученые создали первый полный аналог синапсов клеток головного мозга с помощью сверхпроводников и набора магнитов. Подобная система открывает дорогу для создания сетей из миллионов и миллиардов нейронов, сообщают ученые в журнале Science Advances.
Синапсы, или нервные окончания, представляют собой особые структуры на поверхности нервных клеток, которые позволяют им передавать информацию в соседние нейроны, обмениваясь с ними особыми молекулами-нейротрансмиттерами.
Каждое подобное окончание имеет определенный порог чувствительности, ниже которого клетка игнорирует поступающие в нее сигналы. В роли этого порога выступает число "мешочков" и рецепторов в синапсе – чем их больше, тем сильнее клетка будет реагировать на сигналы. Как отмечают исследователи, эта особенность нервных окончаний является самой сложной для копирования и "переноса" на искусственные носители.
Все существующие варианты реализации подобного порога активации делают искусственные нейроны в сотни и десятки тысяч раз менее эффективными, чем клетки человеческого мозга. По этой причине все существующие варианты "искусственного мозга" состоят из нескольких сотен или тысяч "клеток" или же они не полностью копируют все свойства нейронов и синапсов.
Теперь же исследователям удалось решить эту проблему с помощью сверхпроводников и квантовых технологий. Основой их киберсинапса выступает так называемый переход Джозефсона – кольцо из сверхпроводникового материала, разорванное в одной точке и разделенное на две части вставкой из изолирующего материала.
Подобная конструкция тратит всего 1 аттоджоуль (10 в минус 18 степени джоуля) на передачу одного импульса, что примерно в 10 тысяч раз меньше, чем то количество энергии, которую тратят нейроны даже с учетом того, как много электричества расходуется на охлаждение сверхпроводника почти до абсолютного нуля.
Это, как считают создатели этих киберсинапсов, позволяет использовать их для создания сверхсложных нейросетей и нейроморфных чипов, не уступающих в сложности мозгу человека и содержащие в себе миллиарды миллиардов синапсов.
Ранее сообщалось о том, что ученые обнаружили в мозге человека два кластера генов, которые отвечают за развитие интеллекта. В ходе исследований ученые установили, что эти же гены в измененном состоянии могут привести к эпилепсии и когнитивному дисбалансу.