生物电路模拟物突触和神经元在朝向感官计算步骤

日期:
2019年10月17,
来源:
DOE /橡树岭国家实验室
摘要:
研究人员有加速路线仿神经或脑状,计算证明仿生装置。他们的发现可以支持模拟计算生物学的感官方式学习机网络的出现。

研究人员在能源部橡树岭国家实验室,田纳西大学部和得克萨斯州A与M大学证明,加快航线神经运动,或脑一样,计算仿生装置。

结果发表在[ 123]自然通讯报告基于脂质的“忆容器”,与存储用于处理很像突触在大脑中做信息电荷存储组件的所述第一实例。他们的发现可以支持模拟计算生物学的感官方式学习机网络的出现

“我们的目标是开发材料和工作就像生物突触和神经元的计算元素 – 与广大的互联性和灵活性 – 以启用不同的操作自治系统比目前的计算设备,并提供新的功能和学习能力,”约瑟夫·纳吉姆,橡树岭国家实验室的中心纳米材料科学,一个美国能源部科学办公室的用户设备,并在宾夕法尼亚州立大学机械工程的电流助理教授最近的博士后研究员说。[123 ]

的新颖方法使用软质材料,以模拟生物膜和模拟方式神经细胞彼此通信。

团队设计人造细胞膜,在两种脂质包被的水滴中的界面处形成油,探索材料的动态,电生理学特性,在施加电压下,电荷积聚在膜的两侧作为储存能量,类似于电容器在传统的电子电路的工作方式。

但是,unli科常规电容器,所述忆容器可以“记住”先前施加的电压和 – 信息是如何被处理的形状 – 字面。该合成膜取决于电活动改变表面积和厚度。

“的新颖功能打开用于非数字信号处理和机器学习仿照性质的途径,” ORNL的专利科利尔,一个CNMS人员研究科学家说,这些用变形膜可以被调谐为特定生物物理和生物化学信号自适应滤波器。 。

所有的数字计算机的一个显着特征是处理和存储器的分离。信息传输从硬盘驱动器和中央处理器来回,创建体系结构中的固有瓶颈,无论多么小或快的哈日dware可以是

神经形态计算,建模对神经系统,采用了在该存储器和信号处理根本不同的是共位于存储器元件架构。 – 忆阻器,memcapacitors和meminductors

[ 123]这些“memelements”弥补了模拟自然信息处理,学习和记忆系统突触硬件。

设计了memelements系统在可扩展性和低功耗提供了优势,但真正的目标是开拓出人工智能的备选路径中,所述科利尔。

攻到生物学可以使新计算的可能性,特别是在区域“边缘计算”,如没有连接到云而是可佩带和嵌入式技术就-the-飞基于感觉输入和过去的经验决定。

生物传感已经几十亿年演变成与细胞膜中是能够挑选出一个特定的气味或味道的单分子受体高度敏感的系统。 “这不是我们能以数字匹配,”科利尔说。

数字计算是围绕数字化信息,一和零通过电子电路窃喜的二进制语言构建的。它可以模拟人脑,但是它的固态成分不计算感知数据的大脑的方式做。

“大脑计算通过突触是可重构的神经网络推和学习型感官信息,”科利尔说。 “结合生物学 – 使用生物膜感测bioelectrochemiCal的信息 – 关键是要发展神经形态计算的功能“

虽然memelements众多固态版本已经证实,球队的仿生元素代表了潜在的新机会‘尖峰’的神经网络,可以计算。在自然的方式自然数据。

脉冲神经网络的目的是模拟神经元的电势秒杀方式,如果信号足够强,把它传递给他们的邻居通过突触,雕刻出的学习途径是修剪随时间的效率。

一种仿生版本与模拟数据处理是一个遥远的目标。当前早期的研究集中在开发生物电路的组件。

“我们开始从基础,忆阻器可以通过电导称重信息,以确定是否一个尖峰足够强以通过连接的神经元突触的网络被广播,“科利尔说,”我们忆容器更进一步的,因为它实际上可以存储能量作为电荷在膜,使复杂“整合和火”,实现密集网络能够脑一样计算需要的神经元的活动。“

队的下一个步骤是探索新的生物材料和学习简单的网络来实现与memelements更复杂的脑一样的功能

材料来源:

相关材料DOE/Oak Ridge National Laboratory. 提供,文章经《科学的杂志》整理,在格式和长度上可能有所变化。


期刊参考文献:

  1. Joseph S. Najem, Md Sakib Hasan, R. Stanley Williams, Ryan J. Weiss, Garrett S. Rose, Graham J. Taylor, Stephen A. Sarles, C. Patrick Collier. Dynamical nonlinear memory capacitance in biomimetic membranes. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-11223-8
引用此页:
DOE/Oak Ridge National Laboratory “生物电路模拟物突触和神经元在朝向感官计算步骤” 科学的杂志,2019年10月21日。 http://www.kexuede.com/post/2019/1003170610816/

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*