חיקוי למוח – על סיליקון

מאת: דפנה חיים לנגפורד

שנים רבות חלמו חוקרים לבנות מחשב שיחקה את יכולתו של מוח האדם ללמוד משימות חדשות. במחקר אחרון שנערך ב- MIT, נבנה צ'יפ אלקטרוני על סיליקון, והוא מהווה צעד משמעותי בדרך הארוכה לחיקוי מוח האדם.

חוקרים ב- MIT עשו צעד משמעותי בתכנון צ'יפ אלקטרוני המחקה את הדרך בה מגיבים תאי עצב למידע חדש. תגובה זו נקראת Plasticity, והיא אחראית, ככל הנראה, על פונקציות רבות במוח, כולל תהליכי למידה וזיכרון.

במוח האנושי כ- 100 מיליארד סינפסות. סינפסה היא המרווח המקשר בין שני תאי עצב. תקשורת בין שני תאי עצב מתרחשת כאשר תא עצב אחד משחרר חומר הנקלט על ידי קולטן מיוחד בתא העצב השני. חומר זה מעורר שרשרת תהליכים שתלויים בתעלות יוניות המצויות על פני ממברנת  תא העצב. תעלות יוניות אלו, מבקרות את שטף היונים הטעונים העוברים משני צידי הממברנה ליצירת הפרש מתחים ובדחף סף מסוים, התא משדר פולס חשמלי הקרוי פוטנציאל פעולה.

סינפסה: מרווח בין שני תאי עצב האחראי על העברת מידע בין תא עצב אחד לשני

החוקרים ב- MIT תכננו את הצ'יפ כך, שהטרנזיסטורים יחקו את פעולתן של התעלות היוניות השונות. בעוד רוב הצ'יפים פועלים באופן בינארי (0/1), בצ'יפ החדש עובר זרם חשמלי דרך טרנזיסטורים בצורה אנלוגית ולא בצורה דיגיטאלית. גרדיאנט של מתח חשמלי גורר את מעבר הזרם דרך הטרנזיסטורים, בדומה לאופן שבו יונים עוברים דרך התעלות היוניות בתא.

עם יותר מ - 400 טרנזיסטורים, מאפשר הצ'יפ הסיליקוני לבצע סימולציה לפעילותה של סינפסה מוחית אחת. החוקרים צופים שצ'יפ זה יסייע להם ללמוד יותר על תפקודו של המוח, וישמש בעתיד תותב מלאכותי לרקמות עצביות פגועות.

החוקרים מתכננים להשתמש בצ'יפים אלה כמודלים לפונקציות עצביות מסוימות - כמו תהליך עיבוד הראיה. מערכות אלה יכולות להיות מהירות הרבה יותר מאלה המבוססות על מחשבים דיגיטלים. כיום, סימולציות של מעגלים עצביים יכול להמשך שעות ואף ימים גם במחשבים מהירים ביותר. באמצעות הצ'יפ האנלוגי, יכולות הסימולציות להיות מהירות כמו המערכת הביולוגית ואף יותר.

הצ'יפ החדש הוא התקדמות משמעותית בהטמעת ידע מתחום מדעי העצב לתחום המוליכים למחצה. האתגר הבא, כמובן, הוא בניית ממשק בין הצ'יפ האנלוגי למערכת הביולוגית. ממשק כזה יאפשר תכנון תותבים עצביים למערכות מוחיות שונות, כמו מערכת הראייה, וכמובן ליצירת אינטליגנציה מלאכותית.

למקור הידיעה