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Microchip che si comportano come cellule cerebrali
Microchip che si comportano come cellule cerebrali

Microchip che si comportano come cellule cerebrali

I ricercatori hanno sviluppato microchip che si comportano come cellule cerebrali
Il cervello umano è usato come confronto per il funzionamento del computer. Ma, onestamente, i computer non sono per niente come cervelli umani. Non ancora, almeno.

Ciò potrebbe cambiare mentre i ricercatori hanno sviluppato una tecnologia informatica che utilizza la luce per imitare la funzionalità della sinapsi di un nervo, aprendo la strada all’ hardware che combina la velocità dei moderni processori con l’ efficienza del cervello.

Cervelli e computer sono entrambi sistemi in grado di modellare, manipolare e memorizzare informazioni. Da lì, tendono a non avere molto in comune.

Mentre i processori nei computer combinano impulsi elettrici e piccoli interruttori on-off per eseguire funzioni, i neuroni utilizzano le maree chimiche per distribuire gli impulsi su più canali chiamati sinapsi.

La differenza è significativa per quanto riguarda il consumo di memoria e di energia – nessun hardware può avvicinarsi all’ efficienza e alle capacità di memorizzazione di un cervello umano.

Non che la nostra materia grigia sia un esecutore veloce; quelle onde di elettroliti e neurotrasmettitori non riescono a battere la velocità degli elettroni dei processori.

Un team di ricercatori delle università di Oxford, Münster ed Exeter ha realizzato quello che vede come un “santo graal” dell’ informatica, creando un circuito fotonico integrato che agisce come una sinapsi.

“Lo sviluppo di computer che funzionano più come il cervello umano è stato un sacro graal di scienziati per decenni”, dice il ricercatore senior Harish Bhaskaran dell’ Università di Oxford.

“Attraverso una rete di neuroni e sinapsi, il cervello è in grado di elaborare e memorizzare grandi quantità di informazioni simultaneamente, utilizzando solo poche decine di watt di potenza. I computer convenzionali non possono avvicinarsi a questo tipo di prestazioni”.

Per motivi tecnici, il vostro computer da tavolo si basa sull’ architettura von Neumann, che prende il nome dal famoso matematico e fisico John von Neumann.

Cioè, ci sono unità di processori per gestire la logica e la memoria.

Il tuo cervello non ha una CPU nella parte anteriore e un disco rigido nella parte posteriore. I neuroni collegati in una rete ramificata, separati da piccoli ponti sinaptici, sono processori all-in-one e dispositivi di archiviazione.

Per funzionare, i canali nella membrana nervosa si aprono e si chiudono, inviando ondulazioni di ioni carichi che entrano ed escono in fretta in un’ onda a bassa tensione.

Questi sono mediate da altri processi chimici alle estremità dei rami del nervo. A seconda di fattori come la forza o la frequenza dell’ onda, i picchi di neurotrasmettitori possono continuare il messaggio saltando il gap ad altri nervi.

Quel piccolo balzo alla fine di un nervo è la fine del business di elaborazione neurale, che agisce come un vigile di controllo del traffico che ferma o accelera un segnale.

Descritti come plasticità sinaptica, i cambiamenti in questo punto di controllo possono spiegare come apprendiamo ed elaboriamo nuove informazioni, rafforzando alcuni circuiti e permettendo ad altri di terminare.

Il cosiddetto calcolo neuromorfico aspira a replicare questo modo di combinare elaborazione e memoria in un unico sistema, avvicinando ulteriormente biologia e intelligenza artificiale.

Il trucco è stato quello di creare un processore in grado di fare ciò che una sinapsi può fare.

“Dal momento che le sinapsi superano il numero dei neuroni nel cervello di circa 10.000 a 1, qualsiasi computer simile al cervello deve essere in grado di replicare una qualche forma di mimica sinaptica. Questo è ciò che abbiamo fatto qui”, dice Wolfram Pernice dell’ Università di Münster.

La sinapsi artificiale del team si basa su strutture costituite da un materiale per il cambio di fase (PCM), che immagazzina e rilascia quantità significative di energia man mano che cambia da uno stato all’ altro.

Le onde luminose sono incanalate attraverso il materiale, con impulsi ottici che commutano il PCM in modo tale da imitare la plasticità di una sinapsi.

Anche se i concetti non sono nuovi, questa è la prima volta che il processo è stato realizzato nella pratica.

“I computer elettronici sono relativamente lenti, e più velocemente li rendiamo più potenza consumano”, dice il ricercatore C David Wright dell’ Università di Exeter.

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“I computer convenzionali sono anche piuttosto’ muti’, con nessuna delle capacità di apprendimento e di elaborazione in parallelo del cervello umano”.

I processori neuromorfici basati sulla luce sembrano essere il perfetto connubio di mente e macchina.

 

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