Современные компьютеры обладают невероятной вычислительной мощностью, но требуют огромных энергетических затрат. Человеческий мозг, напротив, удивительно эффективен, так как использует энергию, содержащуюся примерно в двух бананах, для выполнения непрерывной работы за целый день, но по вычислительной мощности он сильно уступает компьютерам.
Хотя причины такой эффективности по-прежнему остаются загадкой, учёные считают, что если бы они смогли сделать компьютер более похожим на человеческий мозг, он потребовал бы гораздо меньше энергии для реализации своей огромной вычислительной мощности.
И вот специалисты сделали серьёзный шаг на пути создания компьютеров, способных работать по принципу человеческого мозга. Они создали ключевые элементы синтетических клеток мозга, которые способны хранить «воспоминания» в течение миллисекунд.
Эти искусственные «нейроны» используют заряженные частицы, ионы, для получения электрического сигнала, точно так же, как информация передается между реальными нейронами в вашем мозге.
В журнале Science была опубликована компьютерная модель искусственных нейронов, которые способны производить такие же электрические сигналы, которые нейроны используют для передачи информации в мозге. Более того, учёные уже пошли ещё дальше.
На более тонком уровне исследователи создали систему, имитирующую процесс генерации потенциалов действия — всплесков электрической активности, генерируемой нейронами, которые являются основой деятельности мозга. Чтобы создать потенциал действия, нейрон начинает пропускать больше положительных ионов, которые притягиваются к отрицательным ионам внутри клетки.
Электрический потенциал (напряжение на клеточной мембране) заставляет «дверные проёмы» в клетке, называемые ионными каналами с напряжением, открываться, повышая заряд ещё больше, прежде чем клетка достигает пика и возвращается к нормальному состоянию через несколько миллисекунд. Затем сигнал передается другим клеткам — так информация перемещается в мозге.
Чтобы имитировать управляемые напряжением ионные каналы, исследователи смоделировали тонкий слой воды между листами графена, (листами углерода толщиной в один атом). Слои воды в моделировании были глубиной в одну, две или три молекулы. Их исследователи охарактеризовали как квазидвухмерную щель.
В их симуляции «память» о предыдущем состоянии ионов длилась несколько миллисекунд, примерно столько же времени, сколько требуется реальным нейронам, чтобы произвести потенциал действия и вернуться в состояние покоя.
Далеко ли до синтетического интеллекта?
Специалисты уверены, что практически применимые компьютеры, работающие по принципу мозга, скорее всего, будут созданы ещё не очень скоро, но данное исследование может помочь учёным лучше понять, как мозг обрабатывает информацию.
Более того, проведя это исследование с помощью компьютерного моделирования, учёные воплотили свою теорию в жизнь, используя её для создания искусственного синапса, части нейрона, передающей электрические сигналы, и уже начали проводить с ним эксперименты. То есть речь о первой в истории физическая модель участка синтетического мозга, способного передавать информацию от «нейрона» к «нейрону» и даже хранить её, пусть и очень короткое время.
Тут интересен тот факт, что учёные в общем-то не видят никаких фундаментальных ограничений в создании синтетического сознания. Это вопрос времени и развития технологий, что порождает огромное количество самых разных вопросов, включая этические. Вот уж действительно наука будущего.
1. Исследование, о котором речь.
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.