Sztuczny mózg stał się rzeczywistością – naukowcy stworzyli neurony jak z ludzkiego ciała!

Amerykańscy badacze skonstruowali sztuczne neurony, które przekazują sygnały elektryczne o wyjątkowo niskim napięciu — zbliżonym do tego, jakie występuje w neuronach biologicznych. Jak informuje czasopismo Nature Communications, nowe neurony mogą komunikować się bezpośrednio z układami biologicznymi.

Osiągnięcie to może doprowadzić do powstania bardziej wydajnych, energooszczędnych komputerów inspirowanych pracą ludzkiego mózgu, a także do opracowania skuteczniejszych interfejsów mózg–komputer.

Ludzki mózg zawiera miliardy neuronów — wyspecjalizowanych komórek, które przekazują sygnały elektryczne w całym organizmie. Jest przy tym niezwykle efektywny energetycznie: działa co najmniej stukrotnie wydajniej niż obwody elektryczne współczesnych komputerów. Na wykonanie złożonego zadania, jak np. napisanie opowiadania, zużywa zaledwie 20 watów mocy, czyli tyle co żarówka LED. Dla porównania, przetworzenie podobnego zadania przez model językowy, taki jak ChatGPT, może wymagać ponad 1 megawata energii.

– Nasz mózg przetwarza ogromne ilości danych, ale jego zapotrzebowanie na energię jest niezwykle małe – zwłaszcza w porównaniu z ilością energii potrzebnej do uruchomienia dużych modeli językowych – wyjaśnia główny autor badań, Shuai Fu z University of Massachusetts w Amherst (USA).

Od lat inżynierowie próbują zaprojektować sztuczne neurony o równie niskim poborze mocy. Dotychczasowe konstrukcje wymagały jednak nawet dziesięciokrotnie wyższego napięcia i zużywały stukrotnie więcej energii niż ich biologiczne odpowiedniki, przez co nie mogły bezpośrednio współdziałać z żywymi neuronami.

Zespół z University of Massachusetts w Amherst rozwiązał ten problem, wykorzystując bakteryjne nanodruty białkowe, które umożliwiają przepływ prądu przy ekstremalnie niskim napięciu.

– Nasze neurony działają przy napięciu około 0,1 wolta – praktycznie takim samym, jak w ludzkim ciele – mówi współautor pracy Yun Yao. – Dzięki temu mogą komunikować się z komórkami biologicznymi i zużywają znacznie mniej energii.

Kluczowym elementem wynalazku są właśnie nanodruciki białkowe wytwarzane przez bakterię Geobacter sulfurreducens, zdolną do generowania i przewodzenia prądu elektrycznego.

Zdaniem badaczy ich odkrycie może utorować drogę do powstania biologicznie inspirowanych komputerów, których wydajność dorównywałaby systemom żywym, a także do rozwoju elektroniki noszonej, niewymagającej energochłonnych wzmacniaczy sygnałów z ciała.

– Dzisiejsze przenośne czujniki są wciąż nieporęczne i mało efektywne. Każdy sygnał pochodzący z ciała musi być wzmacniany, aby komputer mógł go zinterpretować – wyjaśnia Yao. – Nasze niskonapięciowe neurony pozwoliłyby całkowicie zrezygnować z tego etapu.

Badacze podkreślają, że ich rozwiązanie może znaleźć zastosowanie także w interfejsach mózg–komputer oraz innych urządzeniach komunikujących się bezpośrednio z organizmem człowieka.

Yao wraz ze współpracownikami już wcześniej wykorzystał nanodruty bakterii Geobacter do opracowania szeregu innowacyjnych urządzeń – m.in. biofilmu zasilanego potem, który może napędzać drobną elektronikę, „elektronicznego nosa” wykrywającego choroby oraz systemów potrafiących pobierać energię elektryczną z powietrza.

red./PAP