Биологический мозг, в особенности человеческий, — это очень привлекательная вычислительная система, которая потребляет мало энергии и работает с высокой эффективностью. Чтобы создать такую же вычислительную систему, многие ученые, занимающиеся нейроморфизмом, сосредоточены на разработке аппаратных компонентов, призванных имитировать неуловимый механизм обучения мозга. Недавно одна исследовательская группа подошла к этой задаче с другой стороны, сосредоточившись на измерении передачи информации. Их метод прошел через биологические и симуляционные эксперименты, а затем доказал свою эффективность в электронной нейроморфной системе. Работа опубликована в журнале Intelligent Computing, партнерское издание Science. Хотя электронные системы не полностью повторяют сложную передачу информации между синапсами и нейронами, команда продемонстрировала возможность преобразования биологических схем в электронные при сохранении объема передаваемой информации.
Чтобы оценить эффективность передачи информации, команда черпала вдохновение в теории информации. Они количественно определили объем информации, передаваемой синапсами в отдельных нейронах, а затем измерили это количество с помощью взаимной информации, анализ которой выявляет связь между входными стимулами и реакцией нейронов. Сначала команда провела эксперименты с биологическими нейронами. Они использовали срезы мозга крыс, записывая и анализируя биологические цепи в гранулярных клетках мозжечка. Затем они оценили информацию, передаваемую через синапсы от нейронов мшистого волокна к гранулярным клеткам мозжечка. Мшистые волокна периодически стимулировали электрическими разрядами, чтобы вызвать синаптическую пластичность — фундаментальную биологическую особенность, при которой передача информации в синапсах постоянно усиливается или ослабевает при повторной активности нейронов. Результаты показывают, что изменения значений взаимной информации в значительной степени соответствуют изменениям в передаче биологической информации, вызванным синаптической пластичностью. Результаты, полученные в ходе моделирования и электронных нейроморфных экспериментов, отражают биологические результаты. Во-вторых, команда провела эксперименты с симуляцией нейронов. Они использовали модель спикирующей нейронной сети, разработанную той же исследовательской группой. Спикирующие нейронные сети были вдохновлены функционированием биологических нейронов и считаются перспективным подходом для достижения эффективных нейроморфных вычислений. В модели четыре мшистых волокна соединены с одной гранулярной клеткой мозжечка, и каждому соединению присваивается случайный вес, что влияет на эффективность передачи информации, как синаптическая пластичность в биологических цепях. В ходе экспериментов команда применила восемь схем стимуляции ко всем мшистым волокнам и записала ответы, чтобы оценить передачу информации в искусственной нейронной сети. В-третьих, команда провела эксперименты с электронными нейронами. Для этого использовалась установка, аналогичная биологическим и симуляционным экспериментам. В качестве нейрона выступало ранее разработанное полупроводниковое устройство, а в качестве синапсов — четыре специализированных мемристора. Команда применила 20 последовательностей спайков для уменьшения значений сопротивления, а затем еще 20 — для их увеличения. Изменения значений сопротивления были исследованы для оценки эффективности передачи информации в нейроморфной системе. Помимо проверки количества информации, передаваемой в биологических, симулированных и электронных нейронах, команда также подчеркнула важность синхронизации спайков, которая, как они заметили, тесно связана с передачей информации. Это наблюдение может повлиять на развитие нейроморфных вычислений, учитывая, что большинство устройств разрабатываются с использованием алгоритмов, основанных на частоте спайков. 08.04.2024 |
Net&IT
Учёные ЛЭТИ создали прототип системы для прогноза осадков и диагностики фруктов | |
Прототип интеллектуальной системы в будущ... |
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов | |
Осман Ширгалин, студент 2 курса Института вычи... |
Прекратите гуглить и поспите днем, чтобы снизить риск деменции | |
Канадский учёный Мохамед И. Элмасри считает, ч... |
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности | |
В последние годы искусственный интеллект стал ... |
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое | |
Учёные из России и Кореи усовершенст... |
App.System Innovation: Управлять умными колонками оказалось слишком сложно | |
Благодаря удобству и возможности управлят... |
Patterns: Детский зрительный опыт поможет усовершенствовать компьютерное зрение | |
Новый подход к обучению систем искусствен... |
ИИ-платформа для анализа изображений поможет развивать исследования во всем мире | |
Группа исследователей из Института Гульбе... |
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр | |
В сериале Звездный путь: Следующее поколение к... |
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети | |
Биологический мозг, в особенности человеч... |
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию | |
Группа исследователей, включая инженеров Масса... |
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным | |
Если вам недавно было трудно понять, явля... |
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений | |
Квантовые системы, используемые в квантов... |
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек | |
Еще один балл в пользу искусственного инт... |
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее | |
Несколько лет назад исследователи Массачу... |
Привыкнув доверять, люди не поймут, когда ИИ начнет манипулировать | |
Согласно обширному обзору, в настоящее вр... |
Умные серьги с низким энергопотреблением будут измерять температуру по мочке уха | |
Умные аксессуары становятся все более рас... |
Для борьбы с бешенством разработали приложение для распознавания собачьих морд | |
Новое приложение для распознавания собачь... |
Генеративный ИИ помогает ученым объяснить человеческую память и воображение | |
Последние достижения в области генеративн... |
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам | |
Органические оптоэлектронные устройства, такие... |
ChatGPT перелопатил почти весь интернет, но пока не научился рассуждать | |
Языковые модели ИИ переживают бум. В ... |
Если сотрудникам скорой помощи поможет ИИ, они смогут спасать больше жизней | |
Чтобы определить, насколько серьезно пострадал... |
Беспроводная система отслеживания улучшит впечатления от расширенной реальности | |
Новая технология, разработанная инженерами Кал... |
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить | |
Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во... |
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания | |
В новом исследовании, опубликованном 18 декабр... |
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей | |
Искусственный интеллект, разработанный для&nbs... |
Разработан фреймворк ИИ для определения новых показаний к применению лекарств | |
Ученые из компании Klick Applied Sciences... |
Искусственный интеллект отлично справляется с имитацией, но не с инновациями | |
Системы искусственного интеллекта часто изобра... |
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности | |
Ученые Рочестерского университета разработали ... |
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта | |
Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио... |