تقنية النانو العصبية: شبكات الأسلاك النانوية تتعلم وتتذكر مثل دماغ الإنسان
لقد أثبت العلماء أن شبكات الأسلاك النانوية يمكن أن تظهر ذاكرة قصيرة وطويلة المدى، على غرار الدماغ البشري.
هذه الشبكات، المكونة من أسلاك فضية عالية التوصيل مغطاة بالبلاستيك ومرتبة في نمط شبيه بالشبكة، تحاكي البنية الفيزيائية للدماغ البشري.
ختبر الفريق بنجاح قدرات ذاكرة شبكة الأسلاك النانوية باستخدام مهمة مشابهة لتجارب علم النفس البشري.
يشير هذا الاختراق في تكنولوجيا النانو إلى أن أنظمة الأجهزة غير البيولوجية يمكن أن تكرر التعلم والذاكرة الشبيهين بالدماغ، ولديها العديد من التطبيقات الواقعية، مثل تحسين الروبوتات وأجهزة الاستشعار في بيئات لا يمكن التنبؤ بها.
يمكن أن يكون الذكاء الشبيه بالبشر فيزيائيًا
في دراسة رائدة، أظهر فريق دولي أن شبكات الأسلاك النانوية يمكن أن تحاكي وظائف الذاكرة قصيرة وطويلة المدى للدماغ البشري.
يمهد هذا الاختراق الطريق لتكرار التعلم والذاكرة الشبيهين بالدماغ في الأنظمة غير البيولوجية، مع التطبيقات المحتملة في الروبوتات وأجهزة الاستشعار.
أظهر فريق دولي بقيادة علماء في جامعة سيدني أن شبكات الأسلاك النانوية يمكنها عرض ذاكرة قصيرة وطويلة المدى مثل الدماغ البشري.
نُشر البحث اليوم في مجلة Science Advances بقيادة الدكتور ألون لوفلر الحاصل على درجة الدكتوراه من كلية الفيزياء مع متعاونين في اليابان.
قال الدكتور لوفلر: “في هذا البحث، وجدنا أن الوظيفة الإدراكية عالية المستوى، والتي نربطها عادةً بالدماغ البشري، يمكن محاكاتها في أجهزة غير بيولوجية”.
صورة لشبكة الأسلاك النانوية (يسار)، مسارات الشبكة تتغير وتقويتها (يمين). الائتمان: ألون لوفلر
“يعتمد هذا العمل على بحثنا السابق الذي أظهرنا فيه كيف يمكن استخدام تقنية النانو لبناء جهاز كهربائي مستوحى من الدماغ مع دوائر تشبه الشبكة العصبية وإشارات تشبه المشابك.
“يمهد عملنا الحالي الطريق نحو تكرار التعلم والذاكرة الشبيهين بالدماغ في أنظمة الأجهزة غير البيولوجية ويقترح أن الطبيعة الأساسية للذكاء الشبيه بالدماغ قد تكون فيزيائية.”
الشبكة العصبية (يسار) شبكة أسلاك متناهية الصغر (يمين). الائتمان: Loeffler et al.
شبكات الأسلاك النانوية هي نوع من تقنيات النانو مصنوعة عادة من أسلاك فضية دقيقة للغاية وغير مرئية للعين المجردة، مغطاة بمادة بلاستيكية، منتشرة عبر بعضها البعض مثل الشبكة.
تحاكي الأسلاك جوانب البنية الفيزيائية المترابطة للدماغ البشري.
يمكن للتقدم في شبكات الأسلاك النانوية أن يبشر بالعديد من تطبيقات العالم الحقيقي، مثل تحسين الروبوتات أو أجهزة الاستشعار التي تحتاج إلى اتخاذ قرارات سريعة في بيئات غير متوقعة.
قالت البروفيسور زدينكا كونسيك ، كبيرة الباحثين في كلية الفيزياء، “إن شبكة الأسلاك النانوية هذه تشبه الشبكة العصبية الاصطناعية لأن الأسلاك النانوية تعمل مثل الخلايا العصبية، والأماكن التي تتصل فيها ببعضها البعض مماثلة لنقاط الاشتباك العصبي”.
“بدلاً من تنفيذ نوع من مهام التعلم الآلي، في هذه الدراسة، اتخذ الدكتور لوفلر بالفعل خطوة أخرى إلى الأمام وحاول إثبات أن شبكات الأسلاك النانوية تعرض نوعًا من الوظائف المعرفية.”
زدينكا كونسيتش. الائتمان: جامعة سيدني
لاختبار قدرات شبكة الأسلاك النانوية، أجرى الباحثون عليها اختبارًا مشابهًا لمهمة الذاكرة الشائعة المستخدمة في تجارب علم النفس البشري، والتي تسمى مهمة N-Back.
بالنسبة لشخص ما، قد تتضمن مهمة N-Back تذكر صورة محددة لقط من سلسلة من صور القطط المعروضة في تسلسل. تشير درجة N-Back البالغة 7، وهو متوسط الأشخاص، إلى أن الشخص يمكنه التعرف على نفس الصورة التي ظهرت سبع خطوات للوراء.
عند تطبيقها على شبكة الأسلاك النانوية، وجد الباحثون أنها يمكن أن “تتذكر” نقطة النهاية المرغوبة في دائرة كهربائية سبع خطوات للخلف، مما يعني درجة 7 في اختبار N-Back.
“ما فعلناه هنا هو التلاعب بجهد أقطاب النهاية لإجبار المسارات على التغيير، بدلاً من ترك الشبكة تقوم بعملها الخاص. قال الدكتور لوفلر: “لقد أجبرنا المسارات على الذهاب إلى حيث أردناهم أن يذهبوا”.
“عندما ننفذ ذلك، كانت ذاكرتها أعلى بكثير من الدقة ولم تنخفض حقًا بمرور الوقت، مما يشير إلى أننا وجدنا طريقة لتقوية المسارات لدفعها نحو المكان الذي نريده، ثم تتذكره الشبكة.
ألون لوفلر. الائتمان: ألون لوفلر
“يعتقد علماء الأعصاب أن هذه هي الطريقة التي يعمل بها الدماغ، وتقوى بعض الروابط المشبكية بينما يضعف البعض الآخر، ويُعتقد أن هذا هو الطريقة التي نتذكر بها بشكل مفضل بعض الأشياء، وكيف نتعلم، وما إلى ذلك.”
قال الباحثون إنه عندما يتم تعزيز شبكة الأسلاك النانوية باستمرار، فإنها تصل إلى نقطة حيث لم تعد هناك حاجة إلى هذا التعزيز لأن المعلومات يتم دمجها في الذاكرة.
قال البروفيسور كونسيتش: “إنه نوع من الاختلاف بين الذاكرة طويلة المدى والذاكرة قصيرة المدى في أدمغتنا”.
“إذا أردنا أن نتذكر شيئًا ما لفترة طويلة من الزمن، فنحن بحاجة حقًا إلى مواصلة تدريب أدمغتنا لتوحيد ذلك، وإلا فإنه سيتلاشى نوعًا ما بمرور الوقت.
“أظهرت إحدى المهام أن شبكة الأسلاك النانوية يمكنها تخزين ما يصل إلى سبعة عناصر في الذاكرة بمستويات أعلى بكثير من مستويات الفرصة دون تدريب على التعزيز ودقة شبه مثالية مع تدريب التعزيز.”
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
