Технологии Компьютеры легко справляются с задачами, которые ставятся перед ними снова и снова. Однако, они не настолько умны, чтобы адаптироваться к непривычным ситуациям. Но это только пока. Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) использует человеческий мозг в качестве модели для того, чтобы создать схему машины, которая станет началом эры действительно умных компьютеров.
Ключ, как оказывается, в пластичности. Благодаря этому качеству человеческий мозг в состоянии меняться в ответ на раздражители. Это одна из причин, по которой, как предполагают многие нейрофизиологи, мы способны запоминать и учиться. Она также лежит в основе способности мозга оправиться после травмы.
Исследователи из MIT разработали компьютерный чип, который может имитировать деятельность одного синапса головного мозга. Синапс соединяет два нейрона, которые служат для передачи нервного импульса между двумя клетками. Но они не выступают в качестве проводника. Синапсы - это химические сигналы в виде нейротрансмиттеров, связывающиеся с рецепторами. Эти рецепторы активируют ионные каналы. Когда ионный канал открывается и закрывается, он изменяет электрический потенциал клеток и, если это изменение достаточно велико, то электрический импульс срабатывает, что называется потенциалом действия.
Ионные каналы управляют потоком заряженных атомов таких элементов, как натрий, кальций и калий, отсюда и название. Когда эти заряженные атомы стекают в каналы, они усиливают или ослабляют синапсы.
Команда Массачусетского технологического института разработала компьютерный чип, полупроводники которого ведут себя, как ионные каналы. Вместо цифрового выключателя, который есть в любом компьютере, эти полупроводники имеют различные уровни тока, также, как в аналоговой схеме. Градиент электрического потенциала проходит через полупроводники также, как ионы проходят через ионные каналы в клетке. Это подобно аналоговой схеме с переменным резистором.
Чип, разработанный учеными, имеет около 400 подобных полупроводников - совсем маленьких, но полезных для моделирования некоторых видов функционирования мозга.
По словам главного научного сотрудника отдела медицинских наук и технологий в MIT Чи-Санг Пуна (Chi-Sang Poon), эта технология даст возможность понять, как работает мозг, и может быть использована в протезировании. Это также проливает свет на давний спор о долговременном ослаблении (long term depression - LTD) и долговременной потенциации (potentiation - LTP), другими словами ослаблении и усилении нейронных связей.
Одна из теорий гласит, что они зависят от того, насколько часто выстреливают нейроны. Недавно теоретики предположили, что они зависят от времени прибытия в синапс.
Обе теории зависят от участия NMDA-рецепторов, которые обнаруживают активность нейрона после того, как поступает химической сигнал. Один из кандидатов на второй рецептор - эндоканнабиноид - соединение, сходное по своей структуре с марихуаной и производимое в головном мозге. Оно участвует во многих функциях, в том числе аппетите и памяти. Некоторые нейробиологи предположили, что эндоканнабиноиды, производимые в нейроне, высвобождаются в синапсы, где они активизируют рецепторы эндоканнабиноидов в нейроне, который поставляет сигнал. Если в то же самое время NMDA-рецепторы активны, то происходит долговременное ослабление.
Когда исследователи включили в состав полупроводников чипа эти модели эндоканнабиноидных рецепторов, они смогли безошибочно смоделировать как долговременное ослабление, так и потенциацию. Впервые ученым удалось смоделировать оба эти явления и продемонстрировать, что это действует.
