Мы живем в эпоху, где технологии, подражающие мозгу, уже не научная фантастика, а реальность лабораторий. Они умеют обучаться, адаптироваться и обрабатывать информацию с феноменальной эффективностью. Но долгое время эти системы были похожи на изящные, но хрупкие стеклянные скульптуры – впечатляющие в маленьком формате, но рассыпающиеся при попытке увеличить. Новые исследования из ведущих американских университетов показывают, что этот критический барьер – масштабируемость – наконец-то начал поддаваться. Ученые атакуют проблему с трех разных сторон, и их успех открывает путь к практическому применению нейротехнологий.
Существуют три прорывных подхода к масштабированию нейротехнологий, каждый из которых решает свою часть общей головоломки.
1. NeuroScale: Мозг не любит диктаторов (Йельский университет)
Проблема: Классические нейроморфные компьютеры используют глобальную синхронизацию – единый тактовый сигнал для всех элементов. При росте системы самый медленный компонент тормозит все остальные, а управление таким "оркестром" съедает больше ресурсов, чем полезная работа.
Решение: Архитектура NeuroScale отказывается от диктата единого ритма. Она вводит децентрализованную синхронизацию, при которой синхронизируются только те кластеры нейронов и синапсов, которые непосредственно взаимодействуют в данный момент. Это похоже на работу живого мозга, где разные области работают в своих ритмах, координируясь локально.
Суть: Это позволяет нейроморфным системам расти, не увязая в координировании тысяч элементов, и масштабироваться так же естественно, как биологические сети.
2. Беспроводная оптогенетика: Свет сквозь кость (Северо-Западный университет)
Проблема: Оптогенетика (управление нейронами светом) была привязана к оптоволоконным кабелям, что ограничивало свободу подопытных и сложность "световых посланий" мозгу.
Решение: Создано мягкое, гибкое имплантируемое устройство, которое располагается под кожей головы, но поверх черепа. Оно использует массив из 64 микро-светодиодов (Micro-LED), которые проецируют сложные паттерны красного света прямо через кость черепа на кору мозга.
Суть: Устройство обеспечивает беспроводную, распределенную стимуляцию больших областей мозга. Эксперименты показали, что мозг мышей может быстро обучаться и принимать решения на основе этих "искусственных ощущений", открывая путь к новым типам сенсорных протезов и методов нейрореабилитации.
3. BISC: Весь интерфейс "мозг-компьютер" на одном чипе (Колумбийский университет и др.)
Проблема: Современные нейроинтерфейсы – это "конструктор" из отдельных блоков для записи, стимуляции и связи, что делает импланты громоздкими и ненадежными.
Решение: Платформа BISC (Biological Interface System to Cortex) – это единый ультратонкий (50 мкм) КМОП-чип, который размещается между мозгом и черепом. Он интегрирует в себя десятки тысяч электродов, >1000 каналов записи и >16000 каналов стимуляции.
Суть: Чип обеспечивает рекордную беспроводную скорость передачи данных (до 100 Мбит/с) через UWB-канал. Это "все-в-одном" решение кардинально упрощает имплант, минимизирует точки отказа и открывает перспективы для долгосрочного лечения эпилепсии, последствий инсульта и травм.
Вывод
Эти три прорыва, хоть и в разных областях (нейроморфные вычисления, интерфейсы для ввода и вывода информации), сходятся в одном. Они показывают, что для реального масштабирования нужно отказаться от подходов, удобных для лабораторных демо, и создавать архитектуры, изначально способные к росту, интеграции и работе в реальном мире. Будущее нейротехнологий становится не только умнее, но и практичнее.
Ссылка на первоисточник: https://www.allaboutcircuits.com/news/how-brain-inspired-hardware-is-learning-to-scale/
Вас также могут заинтересовать: