Τα δίκτυα Nanowire Μάθετε και θυμηθείτε σαν ανθρώπινος εγκέφαλος

Έννοια του νευρωνικού δικτύου τεχνητής νοημοσύνης

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι τα δίκτυα νανοσύρματος μπορούν να επιδείξουν βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη μνήμη, παρόμοια με τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Αυτά τα δίκτυα, που αποτελούνται από πολύ αγώγιμα ασημένια σύρματα καλυμμένα με πλαστικό και διατεταγμένα σε σχήμα πλέγματος, μιμούνται τη φυσική δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου. Η ομάδα δοκίμασε με επιτυχία τις δυνατότητες μνήμης του δικτύου νανοσύρματος χρησιμοποιώντας μια εργασία παρόμοια με πειράματα ανθρώπινης ψυχολογίας. Αυτή η ανακάλυψη στη νανοτεχνολογία υποδηλώνει ότι τα μη βιολογικά συστήματα υλικού θα μπορούσαν ενδεχομένως να αναπαράγουν τη μάθηση και τη μνήμη που μοιάζει με τον εγκέφαλο και έχει πολυάριθμες εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο, όπως η βελτίωση της ρομποτικής και των συσκευών αισθητήρων σε απρόβλεπτα περιβάλλοντα.

 

Η ανθρώπινη νοημοσύνη θα μπορούσε να είναι φυσική

Σε μια πρωτοποριακή μελέτη, μια διεθνής ομάδα έδειξε ότι τα δίκτυα νανοσύρματος μπορούν να μιμηθούν τις λειτουργίες βραχυπρόθεσμης και μακροπρόθεσμης μνήμης του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για την αναπαραγωγή της μάθησης και της μνήμης που μοιάζει με τον εγκέφαλο σε μη βιολογικά συστήματα, με πιθανές εφαρμογές στη ρομποτική και σε συσκευές αισθητήρων.

Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες στο[{” attribute=””>University of Sydney has demonstrated nanowire networks can exhibit both short- and long-term memory like the human brain.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν την τεχνητή νοημοσύνη για να ανακαλύψουν νέο πλανήτη έξω από το ηλιακό σύστημα(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Η έρευνα δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Science Advances , με επικεφαλής τον Δρ Alon Loeffler, ο οποίος έλαβε το διδακτορικό του στη Σχολή Φυσικής, με συνεργάτες στην Ιαπωνία.

«Σε αυτήν την έρευνα, ανακαλύψαμε ότι η υψηλότερης τάξης γνωστική λειτουργία, την οποία κανονικά συνδέουμε με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, μπορεί να μιμηθεί σε μη βιολογικό υλικό», είπε ο Δρ Λέφλερ.

 

«Αυτή η εργασία βασίζεται στην προηγούμενη έρευνά μας στην οποία δείξαμε πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η νανοτεχνολογία για την κατασκευή μιας ηλεκτρικής συσκευής εμπνευσμένης από τον εγκέφαλο με κύκλωμα που μοιάζει με νευρωνικό δίκτυο και σηματοδότηση σαν συνάψεις .

«Η τρέχουσα εργασία μας ανοίγει το δρόμο προς την αναπαραγωγή της μάθησης και της μνήμης που μοιάζει με τον εγκέφαλο σε μη βιολογικά συστήματα υλικού και υποδηλώνει ότι η υποκείμενη φύση της νοημοσύνης που μοιάζει με τον εγκέφαλο μπορεί να είναι φυσική».

Τα δίκτυα νανοσύρματος είναι ένας τύπος νανοτεχνολογίας που συνήθως κατασκευάζεται από μικροσκοπικά, εξαιρετικά αγώγιμα ασημένια σύρματα που είναι αόρατα με γυμνό μάτι, καλυμμένα με πλαστικό υλικό, τα οποία είναι διάσπαρτα το ένα πάνω στο άλλο σαν πλέγμα. Τα καλώδια μιμούνται πτυχές της δικτυωμένης φυσικής δομής ενός ανθρώπινου εγκεφάλου.

 

Η πρόοδος στα δίκτυα νανοσύρματος θα μπορούσε να προαναγγέλλει πολλές εφαρμογές του πραγματικού κόσμου, όπως η βελτίωση της ρομποτικής ή των συσκευών αισθητήρων που πρέπει να λαμβάνουν γρήγορες αποφάσεις σε απρόβλεπτα περιβάλλοντα.

«Αυτό το δίκτυο νανοσύρματος είναι σαν ένα συνθετικό νευρωνικό δίκτυο επειδή τα νανοσύρματα λειτουργούν σαν νευρώνες και τα μέρη όπου συνδέονται μεταξύ τους είναι ανάλογα με τις συνάψεις», δήλωσε η ανώτερη συγγραφέας καθηγήτρια Zdenka Kuncic, από τη Σχολή Φυσικής.

 

«Αντί να εφαρμόσουμε κάποιου είδους[{” attribute=””>machine learning task, in this study, Dr. Loeffler has actually taken it one step further and tried to demonstrate that nanowire networks exhibit some kind of cognitive function.”

Ένα vegan δέρμα από αδρανείς μύκητες μπορεί να επιδιορθωθεί(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Πανεπιστήμιο Zdenka Kuncic του Σίδνεϊ

Ζντένκα Κούντσιτς. Πίστωση: Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ

Για να δοκιμάσουν τις δυνατότητες του δικτύου νανοσύρματος, οι ερευνητές του έκαναν ένα τεστ παρόμοιο με μια κοινή εργασία μνήμης που χρησιμοποιείται σε πειράματα ανθρώπινης ψυχολογίας, που ονομάζεται εργασία N-Back.

Για ένα άτομο, η εργασία N-Back μπορεί να περιλαμβάνει την ανάμνηση μιας συγκεκριμένης εικόνας μιας γάτας από μια σειρά εικόνων αιλουροειδών που παρουσιάζονται σε μια σειρά. Μια βαθμολογία N-Back 7, ο μέσος όρος για τα άτομα, υποδηλώνει ότι το άτομο μπορεί να αναγνωρίσει την ίδια εικόνα που εμφανίστηκε επτά βήματα πίσω.

Όταν εφαρμόστηκε στο δίκτυο νανοσύρματος, οι ερευνητές βρήκαν ότι θα μπορούσε να «θυμηθεί» ένα επιθυμητό τελικό σημείο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα επτά βήματα πίσω, που σημαίνει βαθμολογία 7 σε μια δοκιμή N-Back.

Η αναζήτηση για αρχαίες αρκούδες σε μια σπηλιά της Αλάσκας οδηγεί σε μια σημαντική ανθρώπινη ανακάλυψη(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

«Αυτό που κάναμε εδώ ήταν να χειριστούμε τις τάσεις των ακραίων ηλεκτροδίων για να αναγκάσουμε τις οδούς να αλλάξουν, αντί να αφήσουμε το δίκτυο να κάνει το δικό του. Αναγκάσαμε τα μονοπάτια να πάνε εκεί που θέλαμε», είπε ο Δρ Λόεφλερ.

«Όταν το εφαρμόζουμε αυτό, η μνήμη του είχε πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια και δεν μειώθηκε πραγματικά με την πάροδο του χρόνου, υποδηλώνοντας ότι βρήκαμε έναν τρόπο να ενισχύσουμε τις οδούς για να τους ωθήσουμε προς το σημείο που θέλουμε και μετά το δίκτυο το θυμάται.

Άλον Λόφλερ

Άλον Λόφλερ. Πίστωση: Alon Loeffler

«Οι νευροεπιστήμονες πιστεύουν ότι έτσι λειτουργεί ο εγκέφαλος, ορισμένες συναπτικές συνδέσεις ενισχύονται ενώ άλλες εξασθενούν, και έτσι πιστεύεται ότι θυμόμαστε κατά προτίμηση κάποια πράγματα, πώς μαθαίνουμε και ούτω καθεξής».

 

Οι ερευνητές είπαν ότι όταν το δίκτυο νανοσύρματος ενισχύεται συνεχώς, φτάνει σε ένα σημείο όπου αυτή η ενίσχυση δεν χρειάζεται πλέον επειδή οι πληροφορίες ενοποιούνται στη μνήμη.

«Είναι κάτι σαν τη διαφορά μεταξύ της μακροπρόθεσμης και της βραχυπρόθεσμης μνήμης στον εγκέφαλό μας», είπε ο καθηγητής Kuncic.

«Αν θέλουμε να θυμόμαστε κάτι για μεγάλο χρονικό διάστημα, πρέπει πραγματικά να συνεχίσουμε να εκπαιδεύουμε τον εγκέφαλό μας για να το εδραιώσει, διαφορετικά θα εξαφανιστεί με τον καιρό.

«Μία εργασία έδειξε ότι το δίκτυο νανοσύρματος μπορεί να αποθηκεύσει έως και επτά στοιχεία στη μνήμη σε σημαντικά υψηλότερα από τα πιθανά επίπεδα χωρίς εκπαίδευση ενίσχυσης και σχεδόν τέλεια ακρίβεια με την εκπαίδευση ενίσχυσης».

Ο κλασικός χάρτης του πώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος διαχειρίζεται την κίνηση ενημερώνεται(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)

Αναφορά: «Νευρομορφική μάθηση, μνήμη εργασίας και μεταπλαστικότητα σε δίκτυα νανοσύρματος» από τους Alon Loeffler, Adrian Diaz-Alvarez, Ruomin Zhu, Natesh Ganesh, James M. Shine, Tomonobu Nakayama και Zdenka Kuncic, 21 Απριλίου 2023, Science Advances .
DOI: 10.1126/sciadv.adg3289

 

Σύνδεσμος πηγής

Απάντηση