Ako vytvoriť syntetický mozog?

|

Nanouhlíkové modelovanie môže byť o krok bližšie k napodobneniu funkcie ľudského mozgu. To je zámer prof. Alice Parkerovej z Univerzity Južnej Karolíny (USC) a jej výskumu syntetickej mozgovej kôry.

Parkerová sa spoločne s Chongwu Zhouom a kolegami z univerzity zapojili do projektu BioRC (biomimetická real-time mozgová kôra), ktorý má za cieľ vytvoriť nanouhlíkové mozgové neuróny schopné vzájomnej komunikácie.

Tím vedcov študuje správanie neurónov mozgovej kôry - čo spôsobuje posielanie signálu synaptickými spojeniami iným neurónom - ako aj ich plasticitu, alebo schopnosť naučiť sa a zapamätať si.

Vždy, keď je neurón aktivovaný, posiela elektrochemický výboj cez tisícky ďalších neurónov rýchlosťou až 320 km/h. Mozog obsahuje približne 100 miliárd neurónov a približne 60 biliónov synaptických prepojení, preto je extrémne prepojený. To značne komplikuje odhaľovanie aktivity jednotlivých neurónov.

„Mozog je ako biochemická továreň fungujúca v guli, ktorú nemožno natiahnuť na integrovaný obvod alebo dosku s obvodom s cieľom nahradiť jej všetku elektrickú aktivitu,“ povedala Parkerová. „Prepojenie je príliš veľké a dochádza k veľkému množstvu oneskorení. Musíme vytvoriť niečo trojrozmerné pomocou nanotechnológií aby sme mohli simulovať aspoň niektorú cestu ktorou v mozgu komunikujú neuróny.“


Podľa Jonathana Joshiho, ktorý navrhol obvod pre umelé synapsie, ktoré sa učia, „ide o veľký odklon od predchádzajúcich projektov syntetického mozgu, ktoré sa snažili simulovať správanie neurónov pomocou elektrických signálov v bežných multiprocesoroch.“

„Nanouhlíkové modelovanie rieši problémy s veľkosťou zariadenia alebo cenou drahej elektroniky, ktorá bola v minulosti potrebná, pretože mozog sa nikdy nevypne,“ povedal Joshi.

Parkerová dodala, že donedávna bola veľkosť a cena dostupnej elektroniky nevhodná pre zostrojenie kvalitných zariadení.

Tím vedcov navrhol a simuloval tranzistorové obvody jedinej synapsie. V procese výroby už je aj doplnkový polovodičový čip, ktorý by mal nový koncept potvrdiť. Ďalším krokom je prepojenie štruktúry s inou synapsiou a sledovanie vzájomného prepojenia neurónov.

Vedci dúfajú, že niekedy nájdu odpoveď na otázku, či dokáže vedy vytvoriť umelý mozog vhodnej veľkosti a ceny, ktorý reaguje rovnako rýchlo ako skutočný mozog.

„Dnes vôbec nevieme, či je to možné, aj napriek správam v tlači, ktoré tvrdia, že sme k umelému mozgu blízko,“ povedala Parkerová. „Mozgová kôra je veľmi prepojená a spojenia sa stále menia. To je jedna z najväčších prekážok pri pokuse o simulovanie aktivity neurónov. Technológie sú však stále menšie a lacnejšie a preto je možné vytvoriť nervové štruktúry rozmermi podobné mozgu.“

Na umelý mozog čaká veľa oblastí. Autonómna navigácia vozidiel, určovanie identity, robotická výroba alebo lekárska diagnostika sú výzvy, ktorá môžu ťažiť z technologického pokroku zahŕňajúceho aj nervové štruktúry. V medicíne sa ide ešte ďalej.

„Vedcom sa už podarilo vytvoriť experimentálne kochleárne implentáty, ktoré dokážu čiastočne obnoviť sluch a vizuálne systémy, ktoré slepým čiastočne prinavrátia zrak, náš výskum však pracuje na niečom, čoho výsledky budú známe o 30 rokov,“ povedala Parkerová. „Naša práca môže zmeniť nervovú protetiku a dať nám dokonalé biomimetické zariadenia.“

originál článku