Elektronisk chip efterligner hjernen for at skabe minder på et øjeblik

Forskere fra RMIT University har hentet inspiration fra optogenetik, et spirende værktøj inden for bioteknologi, at udvikle en enhed, der gentager den måde, hjernen lagrer og mister information på. Optogenetik gør det muligt for forskere at dykke ned i kroppens elektriske system med utrolig præcision, bruge lys til at manipulere neuroner, så de kan tændes eller slukkes.

Den nye chip er baseret på et ultratyndt materiale, der ændrer elektrisk modstand som reaktion på forskellige bølgelængder af lys, gør det i stand til at efterligne den måde, neuroner arbejder på for at lagre og slette information i hjernen. Forskerholdsleder Dr. Sumeet Walia sagde, at teknologien har applikationer inden for kunstig intelligens (AI) teknologi, der kan udnytte hjernens fulde sofistikerede funktionalitet.

"Vores optogenetisk inspirerede chip imiterer den grundlæggende biologi af naturens bedste computer - den menneskelige hjerne, " sagde Walia. "At være i stand til at opbevare, sletning og behandling af oplysninger er afgørende for computere, og hjernen gør dette ekstremt effektivt. Vi er i stand til at simulere hjernens neurale tilgang blot ved at skinne forskellige farver på vores chip. Denne teknologi tager os videre på vejen mod hurtige, effektiv og sikker lysbaseret databehandling. Det bringer os også et vigtigt skridt tættere på realiseringen af ​​en bionisk hjerne - en hjerne-på-en-chip, der kan lære af sit miljø ligesom mennesker gør."

Dr. Taimur Ahmed, hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer , sagde at være i stand til at replikere neural adfærd på en kunstig chip tilbød spændende muligheder for forskning på tværs af sektorer. "Denne teknologi skaber enorme muligheder for forskere til bedre at forstå hjernen, og hvordan den påvirkes af lidelser, der forstyrrer neurale forbindelser, som Alzheimers sygdom og demens, " sagde Ahmed.

Forskerne, fra Functional Materials and Microsystems Research Group ved RMIT, har også vist, at chippen kan udføre logiske operationer, Sæt kryds i en anden boks for hjernelignende funktionalitet. Udviklet på RMITs MicroNano Research Facility, teknologien er kompatibel med eksisterende elektronik, og er også blevet demonstreret på en fleksibel platform til integration i bærbar elektronik.

Hvordan chippen fungerer

Neurale forbindelser sker i hjernen gennem elektriske impulser. Når små energispidser når en vis spændingstærskel, neuronerne binder sig sammen, begyndelsen af ​​hukommelsesskabelse. På chippen, lys bruges til at generere en fotostrøm. Skift mellem farver får strømmen til at vende retningen fra positiv til negativ. Dette polaritetsskift svarer til binding og brydning af neurale forbindelser, en mekanisme, der gør det muligt for neuroner at forbinde (og fremkalde læring) eller hæmme (og fremkalde glemsel).

Dette er beslægtet med optogenetik, hvor lysinduceret modifikation af neuroner tænder eller slukker dem, muliggør eller hæmmer forbindelser til den næste neuron i kæden. For at udvikle teknologien, forskerne brugte et materiale kaldet sort fosfor (BP), som i sagens natur kan være defekt. Dette er normalt et problem for optoelektronik, men med præcisionsteknik, forskerne var i stand til at udnytte defekterne til at skabe ny funktionalitet.

"Defekter ses normalt som noget, der skal undgås, men her bruger vi dem til at skabe noget nyt og brugbart, " sagde Ahmed. "Det er en kreativ tilgang til at finde løsninger på de tekniske udfordringer, vi står over for."