موفقیت دانشمندان در برقراری ارتباط میان نورون‌های زیستی و مصنوعی

پژوهش در زمینه‌ی دستگاه‌های جدید نانوالکترونیک تحت هدایت دانشگاه ساوتهمپتون، نورون‌های مغز و نورون‌های مصنوعی را قادر ساخت تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این مطالعه برای اولین‌ بار نشان داد که چگونه سه فناوری کلیدی درحال ظهور قادر به همکاری با یکدیگر هستند: واسط‌های مغز و کامپیوتر، شبکه‌های عصبی مصنوعی و فناوری‌های پیشرفته حافظه (ممریستور یا مقاومت حافظه‌دار).

عملکردهای مغز با مدارهای حاصل از نورون‌های شلیک‌شده که با اتصالات میکروسکوپی اما بسیار پیچیده‌ای به‌نام سیناپس به هم متصل هستند، امکان‌پذیر می‌شود. در پژوهش جدید که نتایج آن در مجله‌ی Nature Scientific Reports منتشر شد، دانشمندان شبکه‌ی عصبی ترکیبی را ایجاد کردند که در آن نورون‌های زیستی و نورون‌های مصنوعی در قسمت‌های مختلفی از جهان، ازطریق قطبی از سیناپس‌های مصنوعی که با استفاده از فناوری پیشرفته نانوتکنولوژی ساخته شده بود، به کمک اینترنت با هم ارتباط برقرار کردند. این اولین‌بار است که این سه مولفه در یک شبکه‌ی متحد گردهم می‌آیند.

در طول مطالعه، پژوهشگران مستقر در دانشگاه پادووا در ایتالیا، نورون‌های موش صحرایی را در آزمایشگاه خود کشت دادند و در همین حال، همکاران آن‌ها در دانشگاه زوریخ و مؤسسه فناوری فدرال زوریخ نورون‌های مصنوعی را روی ریزتراشه‌های سیلیکونی ایجاد کردند. آزمایشگاه مجازی ازطریق سیستم دقیق کنترل‌کننده‌ی سیناپس‌های نانوالکترونیکی که در دانشگاه ساوتهمپتون توسعه داده شده بود، گرد هم آمد. این دستگاه‌های سیناپسی با عنوان ممریستور شناخته می‌شوند. پژوهشگران مستقر در دانشگاه ساوتهمپتون، رویدادهای شلیک را که ازطریق اینترنت از نورون‌های زیستی موجود در ایتالیا ارسال می‌شد، گرفته و آن‌ها را در سیناپس‌های مموریستوری توزیع می‌کردند. در ادامه، پاسخ‌ها به‌شکل فعالیت اسپایکی (شلیک) به نورون‌هایی که در زوریخ بود، فرستاده می‌شد. این فرایند به‌طور هم‌زمان در جهت برعکس یعنی از زوریخ به پادووا نیز کار می‌کرد. بنابراین، نورون‌های زیستی و نورون‌های مصنوعی توانستند در زمان واقعی با هم ارتباط دو طرفه برقرار کنند. تمیس پرودرومکیس استاد نانوتکنولوژی و مدیر مرکز مرزهای الکترونیک در دانشگاه ساوتهمپتون گفت:

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در انجام پژوهش‌هایی از این نوع و در این سطح، تلفیق چنین فناوری‌های متمایز و پیشرفته و نیروی متخصصی است که معمولا همه در یک مکان یافت نمی‌شوند. ما با ایجاد یک آزمایشگاه مجازی توانستیم به این هدف برسیم.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که رویکرد آن‌ها موجب جلب علاقه‌ی حوزه‌های علمی مختلف و شتاب بخشیدن به سرعت نوآوری و پیشرفت علمی در زمینه‌ی پژوهش‌های واسط‌های عصبی شود. مخصوصا، توانایی ایجاد اتصال یکپارچه میان فناوری‌های مختلف در سرتاسر جهان گامی به‌سوی مشارکت جمعی در این فناوری‌ها و حدف موانع همکاری است. پرودرومکیس افزود:

ما از پیشرفت جدید بسیار هیجان زده‌ایم. پیشرفت مذکور، از یک سو پایه‌ای برای سناریوی جدیدی ایجاد می‌کند که هرگز طی تکامل طبیعی با آن روبه‌رو نشده‌ایم که نورون‌های زیستی و نورون‌های مصنوعی به هم متصل شده و در شبکه‌های جهانی با هم ارتباط برقرار کنند؛ چیزی که پایه و اساسی برای اینترنت نوروالکترونیک مهیا می‌کند. از سوی دیگر، چشم‌اندازهای جدیدی را رو به فناوری‌های پروتز عصبی می‌گشاید و راه را به‌سوی پژوهش به‌منظور جایگزینی بخش‌های ناکارآمد مغز با تراشه‌های هوش مصنوعی هموار می‌کند.