Sztuczne synapsy ze światłowodów: do syntetycznego neuronu coraz bliżej

Tytułowi pracy opublikowanejna łamach naukowego periodyku Advanced Optical Materials nie brakujeśmiałości: Amorphous Metal-Sulphide Microfibers Enable PhotonicSynapses for Brain-Like Computing. Naukowcy z politechnikiNanyang w Singapurze przedstawiają w niej konstrukcję fotonicznychsynaps – mikrowłókien wykonanych ze związków zwanychchalkogenkami. W tym konkretnym wypadku wykorzystano znane wprzemyśle włókno GaLaSO, w którego składzie znajdziemy gal, lantant,siarkę i tlen. Zachodzący w nim efekt fotościemnienia przejawia sięjako ulotna lub nieulotna redukcja przepustowości włókna w wynikuekspozycji na światło o określonej częstotliwości i intensywności.

Odpowiednia konfiguracja takiegowłókna pozwala w pełni odwzorować charakterystykę transmisjibiologicznych aksonów, wraz z ich zdolnością do depolaryzacji lubhiperpolaryzacji błony komórkowej (krótkotrwałej blokady przewodzeniaimpulsu). Badacze uzyskali taką konfigurację używając do oświetleniawłókna dwóch źródeł światła, o długości 532 nm (do presynaptycznejczęści) i 650 nm (do aksonu).

Połączenie takich włókien w siećma dać gotową, prostą neuromorficzną maszynę obliczeniową, która jestznacznie efektywniejszą repliką biologicznych struktur, niżdzisiejsze symulacje software'owe czy realizacje elektroniczne.Autorzy pracy podkreślają, że w złożonych środowiskach tenieorganiczne rozwiązania takie były o sześć do dziewięciu rzędówwielkości mniej efektywne od biologicznych sieci nerwowych. Symulacja5 sekund aktywności mózgu na wydajnym superkomputerze zajmowała 500sekund i zużywała 1,4 MW energii. Optyczne włókna mogą zużywać mniejenergii, niż biologiczna sieć nerwowa i działać ze znacznie większymiczęstotliwościami.

Oczywiście odtworzenie z włókienoptycznych samych sztucznych synaps nie wystarczy, by mówić oodtworzeniu systemu nerwowego. Brakuje tu struktur analogicznych dodendrytów, brakuje kontroli przepływem impulsów, realizowanych przezneuronykandelabrowe. Nie pokazano też żadnych typowych dla mózgu zjawiskobliczeniowych, zachodzących w takiej strukturze. Jest to jednakpierwszy poważny krok w stronę budowy syntetycznych neuronów, którebyłyby czymś więcej niż symulacją – i które mogłyby umożliwićbudowanie sztucznych inteligencji znacznie efektywniejszych, niż to,czym dysponujemy obecnie.