ساخت مدار الکترونیکی جالب با عملکردی شبیه مغز انسان
مغز انسان دارای عملکرد بسیار پیچیده‌ای است و از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است. به تازگی محققان آلمانی موفق شده‌اند دو اصل اساسی فعالیت‌های مغز انسان را با استفاده از فناوری‌های جدید در یک مدار الکترونیکی بازسازی کنند.
مغز انسان پیوسته با اطلاعات مختلفی روبرو می‌شود. حال این سوال مطرح می‌شود که چگونه این اطلاعات را جمع آوری، پردازش و ذخیره می‌کند؟ چگونه به مدیریت وظایف شناختی می‌پردازد که نیازمند تعامل پیچیده بین بخش‌های مختلف مغز هستند و حتی پیشرفته‌ترین کامپیوترها با عملکرد سریع‌تر نیز آن‌ها را به سختی انجام می‌دهند. چرا مغز می‌تواند تمام این فعالیت‌ها را با مصرف انرژی بسیار کم انجام دهد؟ هدف محققان دانشگاه کیِل این است که به جواب تمام این سوالات دست یابند.
به گزارش کلیک، سازمان نانو الکترونیک واقع در دانشگاه کیل (CAU) و مسئولان پروژه مشترک ملی تحت عنوان "دستگاه‌هایی با مقیاس نانو برای سیستم‌های عصبی" که بنیاد پژوهشی آلمان (DFG) بنیان‌گذار آن بوده است، به دنبال پی بردن به رازهای عملکرد بسیار کارآمد مغز انسان و پیاده‌‌سازی روش‌های فعالیت آن در شبکه‌های هوش مصنوعی هستند. محققان دانشگاه کیل موفق شده‌اند دو اصل اساسی در فعالیت‌های مغز انسان، یعنی حافظه و هم‌زمان سازی را به صورت الکترونیکی بازسازی کنند.
مغز انسان استاد استفاده بهینه از انرژی است. این سیستم پیچیده تقریبا دارای ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی است که به عنوان یاخته‌های عصبی یا نورون‌ها شناخته می‌شوند و میزان کمی از انرژی در حدود ۲۰ وات را به خوبی مدیریت می‌کند. کامپیوترهای بسیار پیشرفته برای انجام فعالیت‌هایی مشابه فعالیت‌های مغز انسان به نیرویی نیاز دارند که هزاران برابر انرژی ذکر شده است. عصب‌ها در مغز به وسیله سیناپِس (محل تماس دو عصب به یکدیگر) به یکدیگر متصل می‌شوند و شبکه بسیار پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند. کلمه "یادگیری" از نظر علم اعصاب به معنای این است که تعداد اتصالات سیناپِسی هنوز مشخص نیست. این اتصالات بر اساس تاثیرات محیطی همانند حواس پیوسته تنظیم می‌شوند. این امر امکان ذخیره‌سازی محتوای جدید حافظه در هر ناحیه‌ای از مغز را فراهم می‌کند و این عمل به عنوان انعطاف‌پذیری عصبی مغز شناخته می‌شود.
علاوه بر توانایی فضایی اتصالات عصبی در مغز برای هماهنگ سازی، قسمت دیگری نیز برای پردازش اطلاعات در مغز وجود دارد که از اهمیت زیادی برخوردار است و بخش هم‌زمان سازی گروه‌های عصبی است. تکانه‌های الکترونیکی که به اصطلاح پتانسیل عمل (تغییری موقتی و گذرا که در پتانسیل غشاء سلول‌ها روی می‌دهد) نامیده می‌شوند، پایه و اساس پخش پردازش اطلاعات در مغز را تشکیل می‌دهند. این تکانه‌ها همیشه اطلاعات را بین عصب‌ها انتقال می‌دهند. آن‌ها در حین انجام این کار، از بین اتصالات عصبی در مغز عبور می‌کنند و آن‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهند. سرپرست تیم تحقیقاتی معتقد است در مورد ادراکات حسی آگاهانه، توزیع فضایی نامنظم تکانه‌های عصبی به صورت ناگهانی و در مدت زمانی مشخص، به ساختاری مرتب تبدیل می‌شوند. در این مورد، تکانه‌های مستقل قبلی نورون‌ها با یکدیگر هماهنگ می‌شوند و حتی در نواحی دیگر مغز، که در نزدیکی یکدیگر قرار ندارند، نیز با یکدیگر هم‌زمان می‌شوند. شواهد مربوط به شلیک سلول‌های عصبی (همان پتانسیل عمل است که بر روی غشای تحریک پذیر یک سلول عصبی پدید می‌آید) در مغز انسان، در نوار مغز نیز مشاهده می‌شود. این موضوع که آیا هوشیاری انسان با هم‌زمانی تکانه‌های عصبی رابطه نزدیکی دارد یا نه، مدت زمان زیادی است که مورد بحث قرار گرفته است. این بحث می‌تواند کلیدی برای دستیابی به فهم بهتر از عملکرد مغز باشد.
محققان در حال ساخت مدار الکترونیکی با ساختاری شبیه به سلول‌های عصبی مغز انسان
محققان دانشگاه کیل هم اکنون دو اصل اساسی نحوه عملکرد مغز و یا به عبارت دیگر نحوه ذخیره‌سازی محتوای حافظه در سیناپس‌ها و هم‌زمان سازی تکانه‌های عصبی را در یک مدار الکترونیکی بازسازی کرده‌اند. یکی از محققان به بیان این مطلب پرداخت که اعضای گروه تحقیقاتی با استفاده از یک وسیله الکترونیکی جدید توانسته‌اند فرایندهای مختلف مغز را بازسازی کنند. این وسایل با عنوان ممریستور (memristors) یا پایدار کننده حافظه شناخته می‌شود. در واقع مقاومت الکتریکی موجود در این وسایل، وابسته به جریانی است که قبلا وجود داشته است. این محقق در ادامه گفته‌های خود افزود. این روش امکان ذخیره‌سازی شرایط محیطی مختلف را در شبکه‌های زیستی فراهم می‌کند که مشابه کاری است که در وسایل ذخیره‌سازی انجام می‌شود.
محققان دانشمند کیل هم اکنون با استفاده از ممریستور در مدار الکترونیکی خود موفق شده‌اند دو نوسان‌ساز را در کنار یکدیگر قرار دهند. نوسان‌ساز کلیدهایی هستند که می‌توانند تکانه‌های ولتاژ متناوب را ایجاد کنند که همانند شلیک عصب‌ها در مغز است. در ابتدا تکانه‌ها به صورت هم‌زمان با یکدیگر جریان پیدا کردند و بنابراین هر دو نوسان‌ساز در ابتدا از یکدیگر جدا شدند، اما به لطف وسایل ذخیره‌سازی، نوسان‌سازها دوباره با هم هم‌زمان شدند. این کار محققان را قادر ساخت تا همین ویژگی‌های اساسی را در یک مدار الکترونیکی به کار ببرند که یک شبکه زیستی عصبی را نیز توصیف می‌کنند.