Ο τεχνητός νευρώνας μπορεί να μιμηθεί διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου – ένα σημαντικό βήμα προς την ανθρώπινη ρομποτική
Ένα ηλεκτρονικό τσιπ που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τεχνητού διανευρώνα – ένα μικροσκοπικό ηλεκτρονικό κύκλωμα που αναπαράγει τον τρόπο με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα περνούν σήματα μεταξύ τους δημιουργώντας μικρούς ηλεκτρικούς παλμούς. Credit: Τα ρομπότ του Πανεπιστημίου Loughborough που μπορούν να αισθανθούν και να ανταποκριθούν στον κόσμο σαν άνθρωποι μπορεί σύντομα να γίνουν πραγματικότητα καθώς οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει έναν τεχνητό νευρώνα ικανό να μιμείται διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου. Οι τεχνητοί νευρώνες – μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα που αναπαράγουν τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα – βρίσκονται στην καρδιά του νευρομορφικού υπολογισμού, ενός πεδίου που στοχεύει να φέρει ανθρώπινη νοημοσύνη στις μηχανές. Παρά την ταχεία πρόοδο, οι σημερινοί τεχνητοί νευρώνες μπορούν να εκτελούν μόνο σταθερές εργασίες, καθένας από τους οποίους έχει έναν περιορισμένο ρόλο. Χιλιάδες πρέπει να συνδυαστούν για να αναπαραχθούν απλές λειτουργίες του εγκεφάλου – μια δαπανηρή διαδικασία που απαιτεί ενέργεια σε σύγκριση με την αβίαστη προσαρμοστικότητα του εγκεφάλου. Τώρα, η νοημοσύνη που μοιάζει με τον εγκέφαλο μπορεί να είναι πιο κοντά από όσο νομίζουμε, χάρη σε μια διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Loughborough που περιλαμβάνει ακαδημαϊκούς από το Ινστιτούτο Salk και το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια. Σε μια νέα μελέτη, η ομάδα αποκαλύπτει ότι ο μοναδικός τους τεχνητός νευρώνας – γνωστός ως “transneuron” – μπορεί να αλλάξει τους ρόλους των εγκεφαλικών κυττάρων που εμπλέκονται στην όραση, τον προγραμματισμό και την κίνηση, δείχνοντας ένα επίπεδο ευελιξίας που κάποτε θεωρούνταν μοναδικό για το ανθρώπινο μυαλό. Η εργασία, “Τεχνητοί διανευρώνες μιμούνται τη νευρωνική δραστηριότητα σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού” δημοσιεύτηκε στο Nature Communications. «Είναι ο ανθρώπινος εγκέφαλος μια μυστηριώδης συσκευή που δεν μπορούμε να έχουμε ή θα μπορούσαμε μια μέρα να τον αναδημιουργήσουμε με ηλεκτρονικά – και ίσως ακόμη και να φτιάξουμε κάτι πιο ισχυρό;» ρωτά ο καθηγητής Sergey Saveliev, ειδικός στη θεωρητική φυσική στο Πανεπιστήμιο Loughborough και αντίστοιχος συγγραφέας στη μελέτη. “Η έρευνά μας κάνει ένα βήμα προς την απάντηση αυτής της ερώτησης. Δείξαμε ότι ένας μεμονωμένος τεχνητός νευρώνας μπορεί να ρυθμιστεί για να αναπαράγει τη συμπεριφορά οπτικών, κινητικών και προκινητικών νευρώνων. “Αυτό ανοίγει την πόρτα στην ανάπτυξη ηλεκτρονικών chipset ικανών να εκτελούν περίπλοκες λειτουργίες που μοιάζουν με τον εγκέφαλο—από την ερμηνεία οπτικών πληροφοριών έως τον έλεγχο της κίνησης και των ενεργειών—όλα μέσα σε μικρές συσκευές τεχνητών νευρώνων που χρησιμοποιούν μόνο μια χούφτα. Τελικά, αυτό ανοίγει το δρόμο για περισσότερα ρομπότ που μοιάζουν με τον άνθρωπο.” Ηλεκτρονικά τσιπ που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τεχνητών διανευρώνων – μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα που αναπαράγουν τον τρόπο με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα περνούν σήματα μεταξύ τους δημιουργώντας μικρούς ηλεκτρικούς παλμούς. τροφοδοτώντας ηλεκτρικά σήματα στο διανευρώνα και μέτρησαν τους παλμούς που παράγει ως απόκριση με τους ηλεκτρικούς παλμούς που χρησιμοποιούν τα πραγματικά εγκεφαλικά κύτταρα, που καταγράφηκαν από πιθήκους: η μία εμπλέκεται στην επεξεργασία της όρασης και μία τρίτη που βοηθά στην προετοιμασία για τις δικές της παλμούς Ακανόνιστες, μερικές φορές σε γρήγορες εκρήξεις. Είναι αξιοσημείωτο ότι προσαρμόζοντας τις ηλεκτρικές ρυθμίσεις της συσκευής, ένας μεμονωμένος διανευρώνας μπόρεσε να αναπαράγει και τους τρεις τύπους παλμικής συμπεριφοράς, με ακρίβεια 70–100%. Πανεπιστήμιο Loughborough «Προσαρμόζοντας τις ρυθμίσεις των ηλεκτρικών κυκλωμάτων των συσκευών μας, όπως η αλλαγή της τάσης, μπορούμε να κάνουμε την ίδια μονάδα να λειτουργεί σαν διαφορετικοί εγκεφαλικοί νευρώνες. Γνωρίζουμε επίσης ότι οι τεχνητοί νευρώνες μας ανταποκρίνονται καλά σε αλλαγές στο περιβάλλον, όπως η πίεση και η θερμοκρασία, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία τεχνητών αισθητηριακών συστημάτων. «Όλα αυτά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μελλοντικούς υπολογιστές που θα είναι πολύ πιο γρήγοροι και θα καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από τους σημερινούς, ακόμη και σε ρομπότ που μπορούν να αλλάξουν τη συμπεριφορά τους σε πραγματικό χρόνο, όπως τα ζωντανά πλάσματα». Πέρα από τη μίμηση: Ο τεχνητός διανευρώνας υπολογίζει όπως ο εγκέφαλος Το σημαντικότερο είναι ότι οι ερευνητές απέδειξαν ότι ο διανευρώνας δεν αντιγράφει απλώς πώς συμπεριφέρονται οι νευρώνες – υπολογίζει επίσης όπως αυτοί. Όταν οι ερευνητές άλλαξαν τα ηλεκτρικά σήματα που εισέρχονταν στη συσκευή, ο διανευρώνας προσάρμοσε πόσο συχνά παρήγαγε ηλεκτρικούς παλμούς – όπως τα εγκεφαλικά κύτταρα που αλλάζουν τη δραστηριότητά τους ανάλογα με τα εισερχόμενα σήματα. Όταν τροφοδοτήθηκε με δύο σήματα ταυτόχρονα, ο διανευρώνας ανταποκρίθηκε διαφορετικά ανάλογα με το αν τα σήματα έφτασαν μαζί ή εκτός συγχρονισμού. Αυτό υποδηλώνει ότι ο διανευρώνας μπορεί να ξεχωρίσει τα σήματα – κάτι που συνήθως απαιτεί πολλούς τεχνητούς νευρώνες να συνεργάζονται. Πώς λειτουργούν οι τεχνητοί διανευρώνες Όπως και άλλοι τεχνητοί νευρώνες, το διανευρώνα των ερευνητών είναι ένα μικροσκοπικό ηλεκτρονικό τσιπ που μιμείται τον τρόπο με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα περνούν σήματα μεταξύ τους δημιουργώντας μικρούς ηλεκτρικούς παλμούς. Η ευελιξία του που μοιάζει με τον εγκέφαλο προέρχεται από ένα νεοανακαλυφθέν εξάρτημα που ονομάζεται memristor – μια συσκευή νανοκλίμακας που αλλάζει φυσικά όταν ρέει ηλεκτρισμός μέσα από αυτό, επιτρέποντάς του να “θυμάται” τα προηγούμενα σήματα και να προσαρμόζει την απόκρισή του, όπως το πώς μαθαίνουν τα εγκεφαλικά κύτταρα. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσω του διανευρώνα, τα άτομα αργύρου μέσα στο μεμρίστορ μετατοπίζονται για να σχηματίσουν και να σπάσουν μικροσκοπικές γέφυρες, παράγοντας τους μικρούς ηλεκτρικούς παλμούς. Αλλαγές στο περιβάλλον του memristor—όπως η θερμοκρασία, η τάση και η αντίσταση—αλλάζουν τη συμπεριφορά των παλμών. Από αριστερά προς τα δεξιά, ο καθηγητής Alexander Balanov, ο καθηγητής Sergey Saveliev και ο Dr Pavel Borisov, του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Loughborough. Οι επιστήμονες είναι μέρος μιας ομάδας διεθνών ερευνητών που έχουν δημιουργήσει έναν νέο τεχνητό νευρώνα που μπορεί να μιμηθεί διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου – κάτι που θα μπορούσε να είναι το κλειδί για μια πιο ανθρώπινη ρομποτική. Credit: Πανεπιστήμιο Loughborough Έτσι οι ερευνητές μπορούν να συντονίσουν το διανευρώνα ώστε να συμπεριφέρεται σαν διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου χωρίς κανέναν έλεγχο λογισμικού. «Το μεγαλύτερο μέρος της σημερινής τεχνητής νοημοσύνης τρέχει σε υπολογιστές που τσακίζουν τους αριθμούς πολύ διαφορετικά από τον τρόπο που λειτουργεί ο εγκέφαλός μας», λέει ο Δρ Sergei Gepshtein, ειδικός στην οπτική αντίληψη και την οπτικά καθοδηγούμενη συμπεριφορά στο Salk Institute. “Ο φορητός υπολογιστής ή το τηλέφωνό σας επεξεργάζεται πληροφορίες με άκαμπτη, βήμα προς βήμα λογική, ενώ ο εγκέφαλος βασίζεται σε τεράστια δίκτυα νευρώνων που πυροδοτούνται με ακανόνιστα, συχνά απρόβλεπτα μοτίβα.” «Φλοιός του εγκεφάλου σε ένα τσιπάκι»—ενσωματώνοντας πολλαπλούς διανευρώνες σε διασυνδεδεμένα δίκτυα ικανά για αντίληψη, μάθηση και έλεγχο. ειδικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια «Τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να επιτρέψουν στα ρομπότ να μαθαίνουν πιο αποτελεσματικά, χρησιμοποιώντας λιγότερη ενέργεια, χρόνο και δεδομένα. «Θα μπορούσαν επίσης να υποστηρίξουν τη συνεχή, δια βίου μάθηση—προσαρμόζονται απρόσκοπτα καθώς εμφανίζονται νέες εμπειρίες. Αυτές οι αποτελεσματικότητες και οι δυνατότητες παραμένουν μια πρόκληση για τα σημερινά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης. Χρησιμοποιώντας διανευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο, ο Δρ. Pavel Borisov, πειραματικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Loughborough, λέει ότι η έρευνα θα μπορούσε επίσης να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε λίγο τον εγκέφαλό μας. “Συσκευές όπως αυτές που αναφέρονται σε αυτό το έγγραφο θα μπορούσαν μια μέρα να χρησιμοποιηθούν για να μιλήσουν και να ακούσουν το ανθρώπινο κεντρικό νευρικό σύστημα και να αντικαταστήσουν ή να συμπληρώσουν ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου μας. «Από την άλλη πλευρά, αυτοί οι τεχνητοί νευρώνες μπορούν να αποτελέσουν μια παιδική χαρά για τους νευροεπιστήμονες που προσπαθούν να καταλάβουν πώς οι περιοχές του εγκεφάλου επικοινωνούν μεταξύ τους ή ακόμα και να κατανοήσουν καλύτερα πώς σχηματίζεται η συνείδησή μας». Περισσότερες πληροφορίες: Rivu Midya et al, Οι τεχνητοί διανευρώνες μιμούνται τη νευρωνική δραστηριότητα σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62151-9 Παρέχεται από Loughborough University Citation: Ο τεχνητός νευρώνας μπορεί να μιμηθεί διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου—ένα σημαντικό βήμα προς την ανθρώπινη ρομποτική (2025, 18 Νοεμβρίου) που ανακτήθηκε στις 18 Νοεμβρίου 2025 από https://techxplore.com/news/2025-11-artificial-neuron-mimic-brain-major.html Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.
Δημοσιεύτηκε: 2025-11-18 19:55:00
πηγή: techxplore.com
