Создан гибридный чип, объединяющий 70 тысяч живых нейронов и электронику

Новости МирТесен

Специалисты Принстонского университета разработали инновационную биокомпьютерную платформу, сочетающую живые клетки мозга и гибкую электронику. Это открытие прокладывает путь к объединению биологических систем и искусственного интеллекта. Новая разработка рассматривается как важный шаг к созданию вычислительных архитектур, функционирующих по аналогии с человеческим мозгом.

3D-MIND – это название системы, которая состоит из трёхмерного электронного каркаса. Внутри этого каркаса располагаются группы живых нейронов, полученных в результате лабораторного культивирования. Нейронные клетки проникают сквозь структуру и окружают её, создавая надёжную взаимосвязь между биологической тканью и электронными элементами.

В конструкцию входит приблизительно 70 000 биологических нейронов, соединенных в сеть на трехмерной электронной матрице, содержащей десятки микроскопических электродов. Данные электроды позволяют не только регистрировать активность нейронов, но и влиять на нее, устанавливая таким образом двустороннюю связь между живыми клетками и электронными компонентами.

В системе предусмотрены датчики, фиксирующие электрическую активность нейронной сети, и стимуляторы, способные передавать сигналы обратно в клетки. Новая платформа, в отличие от предыдущих технологий, которые в основном взаимодействовали с поверхностными слоями клеточных культур, функционирует внутри объёмной трёхмерной структуре, что позволяет наблюдать и контролировать активность всей сети.

По словам разработчиков, электронные компоненты изготовлены из гибких материалов, характеристики которых схожи с характеристиками тканей мозга. Это позволяет устройству оставаться интегрированным с живыми клетками в течение продолжительного времени, не оказывая на них существенного влияния. Ученые зафиксировали устойчивое взаимодействие системы в течение полугода.

Исследователи утверждают, что трёхмерные нейронные сети характеризуются более развитой взаимосвязанностью и, вероятно, обладают большей вычислительной мощностью, чем обычные двумерные культуры. Экспериментальные исследования показали, что использование встроенного интерфейса позволяет ускорить и повысить эффективность стимуляции и обучения нейронных структур по сравнению с традиционными двумерными системами.

«В обозримом будущем, наиболее серьезным ограничением для развития искусственного интеллекта является вопрос энергопотребления. Человеческий мозг расходует лишь незначительное количество энергии, в то время как современные системы искусственного интеллекта, выполняющие сопоставимые задачи, потребляют ее в миллион раз больше », — подчеркнул Тянь-Мин Фу, работающий в Институте нейронаук Принстона.

Проект 3D-MIND позволяет создавать принципиально новые нейровычислительные системы, способные существенно уменьшить энергозатраты по сравнению с существующими платформами искусственного интеллекта. Помимо решения вычислительных задач, эта система может служить инструментом для исследований, направленных на изучение формирования, адаптации и работы нейронных сетей в трёхмерном пространстве.

Платформа может быть использована и в фармакологических исследованиях, что позволит создавать более точные лабораторные модели для тестирования лекарственных препаратов, а также содействовать изучению неврологических заболеваний в условиях строгого контроля. В перспективе команда намерена развивать систему, добавляя новые сенсоры и электроды для усложнения взаимодействия, а также интегрировать оптические методы визуализации для углубленного анализа мозговой активности.

В будущем ученые планируют разработать функциональные гибридные системы, сочетающие биологические и электронные компоненты, для использования в сфере вычислений и в медицине.