Ученые из ННГУ создают электронный аналог мозга человека

Нейроробот — разработка ученых из ННГУ — учится объезжать препятствие. В основе его работы — схематичный аналог мозга человека. Пока робот справляется с задачей за пять минут, но дальше будет лучше, говорят ученые, благодаря технологии мемристора — своеобразного резистора с памятью. Он запоминает нагрузку и может соответственно реагировать на уровень напряжения проходящего тока. На основе этой разработки в будущем можно получить электронный аналог мозга. Арсений Гладков - старший научный сотрудник лаборатории нейроинженерии: «Это некоторое электронное устройство, которое вот здесь можно увидеть на микросхемке, которое воспроизводит динамику живых нейронов мозга, это такие маленькие электронные аналоги клеточек нашего мозга. Когда мы создадим достаточное количество, научимся управлять их динамикой и научимся создавать электронные сети, мы сможем создать электронное подобие кусочка мозга, который может выполнять какие-либо функции. Это может быть управление роботом, это может быть распознавание изображений». Технология на основе мемристоров в перспективе позволит замещать поврежденные участки мозга нейросетевыми «имплантами». Передать мемристору принцип работы живого мозга — задача биохимиков. Их главный инструмент — электрофизиологическая установка — контрастный микроскоп с манипуляторами. В него помещают срез мышиного гиппокампа — это часть головного мозга, которая отвечает за память, в том числе пространственную. Альбина Лебедева - доцент кафедры технологий института биологи и медицины ННГУ им. Лобачевского: «С помощью нашей электрофизиологической установки мы можем записывать сигналы нейронов. С помощью микроэлектродов мы подходим к группам нейронов, запускаем их активность с помощью электрической стимуляции, и эта стимуляция приводит к синоптической передаче. Это когда нейроны передают друг другу сигналы. И вот эту активность передачи сигналов между нейронами мы можем записывать». Также мемристоры пригодятся в нейроинтерфейсах — эта технология позволяет, например, неинвазивно стимулировать мозг для активации различных групп мышц или предугадывать его реакции, что позволит в разы усилить эффективность лечения. Еще одна область применений мемристоров — биологические системы. Мария Ведунова - доктор биологических наук, профессора, директор ИББМ ННГУ им. Лобачевского: «Как вообще работают нейросети и что с ними происходит в условиях стресса. Что является нейросетью, когда она полностью деградирует, возможно ли увидеть основные закономерности упрощения нейросетей в условиях стресса, когда сохраняется уровень передачи информации. За этим будущее — создание новых алгоритмов передачи, хранения информации, переработки реконсолидации памяти». Активно работать с мемристорами начали в разных странах в 2008 году, среди них — и исследователи из ННГУ имени Лобачевского. Олег Горшков - директор НОЦ физика твердотельных наноструктур: «На базе таких мемристоров можно сделать новый вид памяти для вычислительной техники. Новый он потому, что прежде всего это будет на новом эффекте — резистивном запоминании информации, а с другой стороны — практические преимущества. Во-первых, это маленький размер памяти, это повысит общий объем памяти, который используется в вычислительной технике и других приложениях. Во-вторых — энергоемкость». На замену привычному двоичному коду может прийти трехмерный — с использованием дробных чисел. Дело в том, что мемристор относят к нелинейным мультистабильным системам, иными словами, у мемристора несколько уровней запоминаний. Алексей Михайлов - заведующий лабораторией мемристорной наноэлектроники НОЦ физика твердотельных наноструктур ННГУ им. Лобачевского: «До 2025 года мы должны изготовить макеты информационно-вычислительных систем на новой элементной базе, это нейроморфные, нейрогибридные системы. Где мемристоры выступают в качестве элементов сенсоров, умных компактных для регистрации электрофизиологической активности, для управления роботами, техсистемами, и такой дизайн-проект нейрогибридного чипа. К 2030 году ожидается опытное, серийное освоение технологии, мы ожидаем как раз получить в рамках ОКРа опытные образцы таких систем, начиная от микросхем памяти до микрочипов, нейроинтерфейсов». С каждым днем нейротехнологи в медицине, информатике и биологии — все ближе, но впереди у нижегородских ученых еще много кропотливой работы и исследований. Служба информации: Никита Григорьев, Алексей Завылов