Электронная шина данных в мозге человека оживляет воспоминания
Небольшая часть мозга, гиппокамп, не хранит непосредственно воспоминания, но без её нормальной работы человек не может запомнить никаких новых вещей. Специалисты по биоинженерии приступили к амбициозному проекту — созданию электронного гиппокампа для замены повреждённого.
Гиппокамп занимается перекодировкой информации в краткосрочной памяти человека для её последующей записи в долговременной памяти.
Проводя аналогию с компьютером, можно сказать, что гиппокамп — это микросхемы северного и южного мостов, а также — их шины данных, связывающие между собой центральный процессор, оперативную и постоянную память.
Эта область мозга нередко повреждается при травмах, эпилепсии, различных заболеваниях, типа болезни Альцгеймера, наконец — начинает плохо работать в старости.
Понятно, что с отказавшим гиппокампом на память рассчитывать не приходиться. Между тем, нет никаких клинических методов лечения такого недуга.
Теодор Бергер (Theodore Berger), директор Центра нейроинженерии (Center for Neural Engineering) университета Южной Калифорнии (University of Southern California) полагает, что спасение к подобным больным придёт не от медицины, а от биоинженерии.
Он намерен создать микрочип, который, будучи внедрённым в мозг, мог бы выполнять функции гиппокампа.
Самое интересное, что мы так доподлинно и не знаем, как работает наша память. То есть, знаем уже немало, но не знаем — намного больше. Как же в таком случае вмешиваться в столь тонкий процесс?
Авторы проекта говорят, что тут есть обнадёживающие моменты.
Учёные не в состоянии узнать, какие нейроны, и каким образом кодируют в воспоминаниях человека «лицо любимой бабушки». Но зато биологи могут вычислить, какие логические преобразования с нейронными сигналами выполняет гиппокамп.
Грубо говоря, на него можно смотреть, как на чёрный ящик со множеством входов и выходов. Разные входные комбинации сигналов приводят к тем или иным выходным комбинациям. Это можно воспроизвести в микросхеме.
Пока Бергер лишь в начале пути, но он уже доказал на практике выполнимость идеи.
Учёные брали тонкие срезы мозга крыс, поддерживаемые в живом состоянии с помощью питательных растворов.
Нейроны, идущие на вход гиппокампа, учёные стимулировали беспорядочными сигналами, выдаваемыми компьютером, имитируя разнообразие информации, приходящей извне.
Исследователи фиксировали ответные сигналы. Эта работа шла далеко не один год. Наконец компьютер смог вычислить все математические функции, которые гиппокамп крысы осуществлял с нейросигналами.
По мнению авторов работы — это ключ ко всей памяти. Они создали микросхему, которая воспроизводила работу гиппокампа крысы с точностью 95%.
Фактически, команда вплотную подошла к следующему этапу эксперимента — внедрению электронного гиппокампа живым крысам.
Такие «крысы-киборги», как водится, будут изучать различные лабиринты, а учёные будут смотреть — как работает их память после замены естественной «шины данных» на электронный протез.
Точнее, родной гиппокамп животных не будет удалён, а лишь дезактивирован посредством медикаментов.
Эта работа займёт ещё два-три года, а лет через восемь, по прогнозу учёных, электронный гиппокамп можно будет поставить уже обезьяне.
Через 15 лет нейроэлектронный протез памяти должен появиться и в варианте для человека. Хотя кодировка работы такой микросхемы будет намного сложнее, чем в случае с крысами.
Фактически, появление такого протеза — это уже не вопрос «что будет, если…», а только вопрос «когда?»
Новое устройство отличается от существующих компьютеров тем, что , что хранение и обработка информации в нем не разделено пространственно, а осуществляется в одних и тех же ячейках.
Принцип функционирования устройства повторяет работу мозга человека и любой нервной сети.
В человеческом мозге на уровне нейронов одновременно происходит суммирование приходящих сигналов и формирование памяти об уже проведенных импульсах. В основе этого процесса лежит синаптическая пластичность — свойство нервных контактов при частом использовании работать все лучше.
В новом устройстве нейроны заменяются мем-устройствами — особые резисторы, конденсаторы и катушки. Первое из них — мемристор было теоретически описано еще сорок лет назад, однако создать его удалось только в 2008 году. Мемристор представляет собой резистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от силы тока, проходившего через него в прошлом.
В своей новой работе ученые показали, что соединяя и комбинируя мем-устройства можно получить вычислительную машину, мощность которой не ограничивается постоянным перебрасыванием данных из памяти в процессор и обратно.
В качестве альтернативы мем-устройствам для создания «электронного мозга» ученые рассматривают спинтронику — электронику на спинах.
Источник korrespondent.net/tech/science/1429298-uchenye-sozdali-shemu-elektronnogo-mozga