Nano-hukommelsescelle kan efterligne hjernens langsigtede hukommelse

RMIT University forskere har efterlignet den måde, den menneskelige hjerne behandler information med udviklingen af ​​en elektronisk langtidshukommelsescelle.

Forskere ved MicroNano Research Facility (MNRF) har bygget en af ​​verdens første elektroniske multi-state hukommelsesceller, som afspejler hjernens evne til samtidigt at behandle og lagre flere informationsstrenge.

Udviklingen bringer dem tættere på at efterligne vigtige elektroniske aspekter af den menneskelige hjerne - et vigtigt skridt i retning af at skabe en bionisk hjerne - som kan hjælpe med at låse op for vellykkede behandlinger for almindelige neurologiske tilstande som Alzheimers og Parkinsons sygdomme.

Opdagelsen blev for nylig offentliggjort i det prestigefyldte materialevidenskabelige tidsskrift Avancerede funktionelle materialer .

Projektleder Dr Sharath Sriram, medleder af RMIT Functional Materials and Microsystems Research Group, sagde, at den banebrydende udvikling efterligner den måde, hjernen bruger langtidshukommelsen på.

"Dette er det tætteste, vi er kommet på at skabe et hjernelignende system med hukommelse, der lærer og gemmer analog information og er hurtig til at hente denne lagrede information, " sagde Dr Sharath.

"Den menneskelige hjerne er en ekstremt kompleks analog computer... dens udvikling er baseret på dens tidligere erfaringer, og indtil nu har denne funktionalitet ikke været i stand til at blive tilstrækkeligt reproduceret med digital teknologi."

Evnen til at skabe meget tætte og ultrahurtige analoge hukommelsesceller baner vejen for efterligning af meget sofistikerede biologiske neurale netværk, han sagde.

Forskningen bygger på RMITs tidligere opdagelse, hvor ultrahurtige hukommelser i nanoskala blev udviklet ved hjælp af et funktionelt oxidmateriale i form af en ultratynd film - 10, 000 gange tyndere end et menneskehår.

Dr Hussein Nili, hovedforfatter af undersøgelsen, sagde:"Denne nye opdagelse er betydningsfuld, da den tillader multitilstandscellen at lagre og behandle information på samme måde, som hjernen gør.

"Tænk på et gammelt kamera, som kun kunne tage billeder i sort/hvid. Den samme analogi gør sig gældende her, i stedet for bare sort-hvide minder, har vi nu minder i fuld farve med skygge, lys og tekstur, det er et stort skridt."

Selvom disse nye enheder er i stand til at gemme meget mere information end konventionelle digitale hukommelser (som kun gemmer 0'er og 1'er), det er deres hjernelignende evne til at huske og fastholde tidligere information, der er spændende.

"Vi har nu introduceret kontrollerede fejl eller defekter i oxidmaterialet sammen med tilføjelsen af ​​metalliske atomer, som frigør det fulde potentiale af den 'memristive' effekt – hvor hukommelseselementets adfærd er afhængig af dets tidligere erfaringer, "Sagde Nili.

Erindringer i nanoskala er forløbere for lagerkomponenterne i det komplekse kunstige intelligens-netværk, der er nødvendigt for at udvikle en bionisk hjerne.

Dr. Nili sagde, at forskningen havde utallige praktiske anvendelser, herunder forskernes potentiale til at replikere den menneskelige hjerne uden for kroppen.

"Hvis du kunne replikere en hjerne uden for kroppen, det ville minimere etiske problemer involveret i behandling og eksperimentering på hjernen, hvilket kan føre til bedre forståelse af neurologiske tilstande, " sagde Dr Nili.