الحفظ مثل الدماغ البشري: يكتشف باحثون إسبان مادة قادرة على تكرار آليات العقل البشري

طور الباحثون مادة يمكنها تكرار الطريقة التي يخزن بها الدماغ المعلومات. تعمل المادة عن طريق نسخ مشابك الخلايا العصبية ، مما يسمح لك بتقليد التعلم الذي يحدث أثناء النوم العميق. قام فريق الباحثين من جامعة برشلونة المستقلة (UAB) ببناء المادة المغناطيسية باستخدام نوع من الحسابات يسمى الحوسبة العصبية. تم نشر هذه الدراسة في Materials Horizon.

الحوسبة العصبية هي مفهوم حوسبي يستخدم الخلايا العصبية الاصطناعية لتقليد سلوك الدماغ والوظائف المتشابكة ، أو إشارات الاتصال ، للخلايا العصبية. تقليد وظيفة الدماغ هو اللدونة العصبية ، أو " القدرة على حفظ المعلومات أو نسيانها اعتمادًا على مدة وتكرار النبضات الكهربائية التي تحفز الخلايا العصبية " ، كما جاء في الدراسة. يرتبط هذا الشكل من اللدونة بالذاكرة والتعلم في الدماغ.

اكتشف فريق البحث بعض المواد التي تحاكي مشابك الخلايا العصبية ، أي أنها تبني الذكريات بناءً على المنبهات الكهربائية. تشمل المواد مواد الذاكرة الإلكترونية ، والمواد الفيروكهربائية ، ومواد ذاكرة الطور ، والعوازل الطوبولوجية ، والمواد المغنطيسية الأيونية. لاحظ الفريق أن المواد المغناطيسية الأيونية هي الأحدث وتشكلت بسبب التغيرات في الخصائص المغناطيسية الناتجة عن حركة الأيونات أو الذرات داخل المادة.

الحركة ناتجة عن تطبيق مجال كهربائي على الأيونات. في المواد المغناطيسية الأيونية ، يعرف الباحثون كيفية التحكم في المغناطيسية عند تطبيق مجال كهربائي ، ولكن من الصعب التحكم في تطور الخواص المغناطيسية عند قطع الجهد. هذا يجعل من الصعب محاكاة عمل الدماغ ، مثل عملية التعلم التي تحدث حتى عندما يكون الدماغ في حالة نوم عميق وليس لديه محفزات خارجية.

تم إجراء الدراسة من قبل باحثين من قسم الفيزياء في UAB Jordi Sort و Enric Menéndez ، بالتعاون مع ALBA synchrotron والمعهد الكتالوني لعلوم النانو وتقنيات النانو (ICN2) و ICMAB. اقترح الفريق طريقة جديدة للتحكم في تطور المغنطة في الحالات المحفزة وما بعد التحفيز لعمل الدماغ.

كيف حدثت التجربة؟ تم إنشاء مادة جديدة بطبقة رقيقة من أحادي نيتريد الكوبالت (CoN). من خلال تطبيق مجال كهربائي ، كان من الممكن التحكم في تراكم أيونات N (النيتروجين) على الخط الفاصل بين الطبقة والإلكتروليت السائل. قال جوردي سورت ، أستاذ الأبحاث في ICREA وإنريك مينينديز: "تعمل المادة الجديدة مع حركة الأيونات التي يتحكم فيها الجهد الكهربائي ، على غرار دماغنا ، وبسرعات مماثلة لتلك التي تنتج في الخلايا العصبية ، بترتيب أجزاء من الثانية". أستاذة كاملة سيرا هانتر في قسم الفيزياء في UAB.

"لقد طورنا تشابكًا اصطناعيًا يمكن أن يكون في المستقبل أساسًا لنموذج حوسبة جديد ، بديل للنموذج المستخدم في أجهزة الكمبيوتر الحالية" ، تابع سورت ومينديز. وجد الفريق أنه يمكنهم محاكاة عمليات مثل الذاكرة والمعالجة واسترجاع المعلومات من خلال تطبيق نبضات الجهد. بالإضافة إلى ذلك ، تمكنوا لأول مرة من محاكاة التحديث المتحكم فيه للمعلومات دون استخدام التيار الكهربائي. تم إنشاء عنصر التحكم المستخدم في الدراسة عن طريق تغيير سمك طبقات أحادي نيتريد الكوبالت (CoN) - التي تحدد سرعة حركة الأيونات - وتواتر نبضات الجهد.

يسمح لك تكوين المادة بالتحكم في الخصائص المغناطيسية عند تطبيق الجهد وعند إزالته. بمجرد انسحاب محفز الجهد ، يمكن زيادة المغنطة أو تقليلها ، اعتمادًا على سمك المادة وكيفية تطبيق الجهد.

تفتح النتيجة الجديدة التي تم الحصول عليها من المادة مجموعة كاملة من الاحتمالات لوظائف الحساب العصبي ، وخلق كفاءات في الإدراك والتعلم والذاكرة باستخدام الشبكات العصبية. المثال المعطى هو إمكانية تقليد التعلم العصبي الذي يحدث بعد تحفيز النخالة أثناء النوم. في الوقت الحالي ، لا يمكن نسخ الوظيفة من أي مادة عصبية أخرى موجودة. لذا فهو يفتح الطريق أمام أجهزة الكمبيوتر التي تحفظ مثل العقل البشري.

قال سورت ومينينديز: "عندما يكون سمك طبقة أحادي نيتريد الكوبالت أقل من 50 نانومتر وبجهد مطبق بتردد أكبر من 100 دورة في الثانية ، تمكنا من محاكاة وظيفة منطقية إضافية".

وشدد الباحثون على أهمية دراسة ومحاكاة وظائف المخ. بمجرد تطبيق الجهد ، يمكن برمجة الجهاز للتعلم أو النسيان ، دون الحاجة إلى إمدادات طاقة إضافية ، لمحاكاة الوظائف المشبكية التي تحدث في الدماغ أثناء النوم العميق ".

مقالة الحفظ مثل الدماغ البشري: يكتشف باحثون إسبان مادة قادرة على تكرار آليات العقل البشري تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .