Создание компьютеров, функционирующих подобно человеческому мозгу, является предметом исследований множества групп ученых и исследователей уже в течение десятилетий. И еще несколько десятилетий может пройти до появления первого реального нейрокомпьютера, компьютера, на котором станет возможным создание настоящей системы искусственного интеллекта, тем не менее, это не останавливает ученых, которые постоянно ищут и испытывают все новые и новые варианты реализации искусственных нейронов. Успехов на этом поприще удалось добиться группе исследователей из Института индустриальных наук при университете Токио. Созданный ими чип включает в себя сложные электронные цепи, которые являются аналоговыми искусственными нейронами, с помощью которых им удалось реализовать модель управления сердцебиением простейшего организма. Такой процесс требует наличия весьма простой нервной структуры, но он является лишь первым шагом на пути создания мощных нейрокомпьютеров, способных самообучаться и анализировать поступающую информацию на основе уже приобретенного ими опыта.
Следует напомнить нашим читателям, что мозг взрослого человека состоит приблизительно из 100 миллиардов нейронов, нервных клеток, способных запоминать и обрабатывать хранимую в них информацию. Познавательные функции головного мозга реализуются за счет образующихся синапсов, нервных тканей, соединяющих нейроны, через которые эти нейроны могут обмениваться хранимой информацией и результатами ее обработки. И, несмотря на все достижения современной нейробиологии, ученые сейчас еще не до конца понимают все процессы, связанные с мышлением и памятью, которые происходят в хитросплетениях нейронов и синапсов головного мозга.
Создавая свой чип, группа японских ученых пошла достаточно нетрадиционным для этой области путем. Если усилия большинства других групп сосредоточены на создании цифровых аналогов нейронов, реализованных в виде цифровых логических цепей или математических моделей, то японцы сделали очень сложные аналоговые электронные цепи, которые вырабатывают непрерывные изменяющиеся сигналы, подобно реальным нейронам и синапсам. «В случае успешной реализации нашей задумки мы сможем быстро прийти к пониманию принципов работы мозга и «схватить за хвост» процессы, приводящие к проявлению эмоций, мыслей и даже некоторых видов заболеваний, таких как депрессия» — рассказывает профессор Такаши Коно (Takashi Kohno), возглавляющий исследовательскую группу.
Результатом усилий, предпринятых исследователями, они получили электронный чип, площадью 2 квадратных сантиметра, внутри которого содержится кристалл, площадью всего в 5 квадратных миллиметров. На кристалле чипа созданы сложнейшие аналоговые цепи, содержащие усилители, транзисторы, конденсаторы, резисторы и другие электронные компоненты. В отличие от цифровых чипов, которые обрабатывают информацию в виде последовательности нулей и единиц, эти аналоговые схемы обрабатывают поступающие им на входы непрерывные изменяющиеся сигналы. Сигнал на выходе аналоговой схемы имеет зависимость от значения входного сигнала, выражаемую определенным, зачастую крайне сложным, математическим уравнением. Такие аналоговые схемы обрабатывают входящие сигналы способом, который максимально приближен к процессам, происходящим в нейронах.
Два искусственных нейрона, реализованные на кристалле нового чипа, связаны друг с другом сетью обратных связей, что позволило ученым получить весьма сложный алгоритм работы такой нейронной сети, который является простейшим генератором ритма, основным механизмом нервной системы, управляющим сердцебиением примитивных организмов различных видов. Но ученые не собираются останавливаться на достигнутых результатах, в ближайшем будущем они планируют создание нового чипа, кристалл которого будет содержать большее количество аналоговых искусственных нейронов, связанных в более сложные нейронные сети. Их целью является создание сети из 100 нейронов на кристалле, площадью в 1 квадратный сантиметр, а в более далекой перспективе, через 5-10 лет, количество аналоговых нейронов на кристалле чипа должно уже составить более 100 тысяч единиц.