Funciones cerebrales que emergen en una red de nanocables metálicos

Un equipo internacional conjunto de investigación dirigido por NIMS logró fabricar una red neuromórfica compuesta por numerosos nanocables metálicos. Usando esta red, el equipo pudo generar características eléctricas similares a las asociadas con funciones cerebrales de orden superior exclusivas de los humanos, como la memorización, el aprendizaje, el olvido, la alerta y el regreso a la calma. Luego, el equipo aclaró los mecanismos que indujeron estas características eléctricas.

El desarrollo de técnicas de inteligencia artificial (IA) ha avanzado rápidamente en los últimos años y ha comenzado a impactar nuestras vidas de varias maneras. Aunque la IA procesa la información de manera similar al cerebro humano, los mecanismos por los cuales operan los cerebros humanos aún son en gran medida desconocidos. Se han estudiado en detalle los componentes fundamentales del cerebro, como las neuronas y las uniones entre ellas (sinapsis). Sin embargo, muchas preguntas sobre el cerebro como un todo colectivo deben ser respondidas. Por ejemplo, todavía no entendemos completamente cómo el cerebro realiza funciones tales como la memorización, el aprendizaje y el olvido, y cómo el cerebro se vuelve alerta y vuelve a la calma. Además, los cerebros vivos son difíciles de manipular en la investigación experimental. Por estas razones, el cerebro sigue siendo un "órgano misterioso".

El equipo conjunto de investigación construyó recientemente una compleja red similar al cerebro mediante la integración de numerosos nanocables de plata (Ag) recubiertos con una capa aislante de polímero (PVP) de aproximadamente 1 nanómetro de espesor. Una unión entre dos nanocables forma un elemento resistivo variable (es decir, un elemento sináptico) que se comporta como una sinapsis neuronal.

Esta red de nanocables, que contiene una gran cantidad de elementos sinápticos que interactúan intrincadamente, forma una "red neuromórfica". Cuando se aplicaba un voltaje a la red neuromórfica, parecía "luchar" para encontrar vías óptimas de corriente (es decir, las vías más eficientes eléctricamente). El equipo de investigación midió los procesos de formación de vías actuales, retención y desactivación mientras la corriente eléctrica fluía a través de la red y descubrió que estos procesos siempre fluctúan a medida que avanzan, de manera similar a los procesos de memorización, aprendizaje y olvido del cerebro humano.

Las fluctuaciones temporales observadas también se asemejan a los procesos por los cuales el cerebro se vuelve alerta o vuelve a la calma. Se descubrió que las funciones similares al cerebro simuladas por la red neuromórfica se producen cuando la gran cantidad de elementos sinápticos en la red trabajan colectivamente para optimizar el transporte actual, en otras palabras, como resultado de procesos dinámicos autoorganizados y emergentes.

El equipo de investigación está desarrollando actualmente un dispositivo de memoria similar al cerebro utilizando el material de red neuromórfico. El equipo tiene la intención de diseñar el dispositivo de memoria para operar utilizando principios fundamentalmente diferentes a los utilizados en las computadoras actuales. Por ejemplo, si bien las computadoras están actualmente diseñadas para gastar tanto tiempo y electricidad como sea necesario en busca de soluciones absolutamente óptimas, el nuevo dispositivo de memoria está destinado a tomar una decisión rápida dentro de límites particulares, aunque la solución generada puede no ser absolutamente óptima. El equipo también espera que esta investigación facilite la comprensión de los mecanismos de procesamiento de información del cerebro.

Fuente: AAAS.

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