نجح فريق من خبراء الهندسة الإلكترونية الأميركيين في تصميم جهاز يحاكي بكفاءة التشابك العصبي للمخ البشري، فيما يعد نقلة نوعية محتملة في مجال "الحوسبة العصبية"، وفقا لما نشرته مجلة "نيوزويك" الأميركية.
وقال الباحثون إنه لأول مرة ثبت أن المكون المعروف باسم neuromorphic memristor، أو المقاومات الذاكرية لشبكات الأعصاب، هي التي تحمل إشارات بين الخلايا العصبية باستخدام طاقة منخفضة للغاية، والتي كانت تمثل تحديا كبيرا في دراسات علمية سابقة.
كما أوضحوا أن الحوسبة العصبية هي مفهوم معقد لمحاكاة عمل الدماغ البيولوجي للتطبيق والاستخدام في أجهزة الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي الذي سيقوم في المستقبل بالتعامل مع "عدم اليقين والغموض والتناقض في العالم الطبيعي"، وفقًا لما ذكره تقرير صادر عن شركة إنتل، عملاق التكنولوجيا الأميركية، والذي يشير أيضا إلى أن "التحديات الرئيسية في البحث العصبي تتوافق مع مرونة الإنسان وقدرته على التعلم من منبهات غير منظمة بالإضافة إلى كفاءة الطاقة في الدماغ البشري".
أسلاك بروتينية نانوية
ولكن الجديد حاليا هو تمكن مهندسون من جامعة ماساتشوستس من الكشف عن بحث تحليلي يشير إلى أن "أسلاك بروتينية نانوية" يتم تصنيعها من بكتيريا تُعرف باسم Geobacter، والتي من المرجح أن تكون المفتاح لحل لغز كيفية تكرار المستويات المنخفضة القوة، التي يستخدمها مخ الإنسان لإرسال الإشارات.
وقال فريق الباحثين إنه في حين تعمل أجهزة الكمبيوتر التقليدية بأكثر من فولت واحد، فإن مخ الإنسان ينشر إشارات بين الخلايا العصبية عند حوالي 80 ملي فولت، وهو أقل بعدة مرات.
تضمن المشروع البحثي، الذي نُشرت نتائجه في Nature Communications، إنشاء نوع جديد من المقاومات الذاكرية يستخدم أسلاك بروتينية للوصول إلى "فولتات عصبية" مماثلة.
الحوسبة البيولوجية
وقال جون ياو، الباحث الهندسي والمشارك في الدراسة، في بيان: إنها "المرة الأولى التي يمكن لجهاز أن يعمل بنفس مستوى جهد الدماغ، وربما لم يجرؤ العلماء حتى على مجرد الأمل في أن نتمكن من بناء جهاز موفر للطاقة مثل نظيره البيولوجي في مخ الإنسان، ولكن لدينا الآن دليل واقعي على قدرات حوسبة منخفضة الطاقة للغاية. وتمثل هذه الخطوة سبقا على مستوى المفاهيم ونعتقد أنه سيقود للكثير من الاستكشافات في الإلكترونيات التي تعمل في نظام الجهد البيولوجي".
هذا وتصف الورقة البحثية، التي نشرت في 20 أبريل، كيف أصبحت الأجهزة الذاكرية "مرشحين واعدين لمحاكاة الحوسبة البيولوجية".
كسر مفاهيم تقليدية
من جانبه، قال دكتور تياندا فو أستاذ هندسة الكمبيوتر وجد الفريق إن إرسال نبضات الكهرباء من خلال خيط معدني داخل مقاوم ذاكري قد أوجد روابط جديدة مشابهة للتعلم في دماغ الإنسان.
وقال ياو لـ "نيوزويك": "اقترضنا" أسلاكا بروتينية نانوية من (بكتيريا) معروفة بتسهيل الاختزال الكهروكيميائي للمعادن وقمنا بتصنيع ذاكرة تعمل بمقاومات ذاكرية من نوع البروتين.
كما تابع "يمكن أن تكون النتيجة ضمنية عميقة المغزى حيث إنها تبشر بأنه بات بمقدورنا جعل أجهزة الكمبيوتر موفرة للطاقة مثل الدماغ البيولوجي، لذلك سوف يكسر المفهوم التقليدي الذي تحتاجه الإلكترونيات للعمل في قوى أعلى، والتي سيتم اتباعها من خلال بحث أوسع لأجهزة الكمبيوتر وللحوسبة الهندسية، التي يمكن أن تعمل بالجهد البيولوجي.
وأضاف: "يزيل [البحث] الحدود الفاصلة بين الإلكترونيات والنظام البيولوجي. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى إيجاد واجهة متقدمة بين الدماغ والجهاز والأطراف الاصطناعية، حيث يمكن أن يكون لجسم الإنسان واجهة أو اتصال أكثر حميمية مع الروبوتات / الأجهزة الهندسية. "