Японские ученые соединили мозговые клетки крыс с электроникой. Нейроны жили в специальной системе с микроканалами и электродами. С помощью алгоритма машинного обучения эта «живая схема» сама научилась создавать разные электрические сигналы — например, плавные волны или хаотичные импульсы. Это шаг к созданию биологических процессоров и интерфейсов «мозг — компьютер».
Ученые из двух японских университетов вырастили нейроны коры мозга крыс на чипе с 26 тысячами микроэлектродов. Система считывала импульсы клеток, переводила их в сигнал и тут же отправляла его обратно нейронам в виде электрической стимуляции. Получился замкнутый цикл длительностью около трети секунды. Умный алгоритм постоянно подстраивал настройки, чтобы выходной сигнал сети совпадал с нужной формой волны.
Главным фактором успеха стало использование микрофлюидных ограничений. Без физической структуры нейроны образуют слишком синхронизированные сети, неспособные к обучению. Для решения этой проблемы тела нейронов поместили в 128 отдельных лунок размером около 100×100 микрометров (в среднем по 14,6 нейрона на лунку), соединенных микроканалами. Благодаря этому нейроны перестали включаться одновременно и смогли обрабатывать информацию сложнее.
В итоге сеть научилась генерировать синусоиды, треугольные и прямоугольные волны с разными периодами (от 4 до 30 секунд), а также воспроизводить хаотичную траекторию Лоренца — трехмерный запутанный путь. Одну и ту же культуру можно было перенастраивать на разные частоты. Когда обучение прекращали, точность работы падала в 99% случаев. Также есть задержка в петле обратной связи, которая мешает отслеживать резкие изменения сигнала.
По словам ученых, живые нейроны — это новый вычислительный ресурс. В будущем такие системы могут пригодиться для интерфейсов «мозг — компьютер» и нейропротезов.
Читайте также: «Новый чип памяти сохраняет стабильность при 700 °C».