محققان مادهای ابداع کردهاند که میتواند نحوه ذخیرهسازی اطلاعات توسط مغز را تقلید کند.
به گزارش تکناک، این ماده با کپی کردن سیناپسهای نورونها کار میکند و به آن اجازه میدهد یادگیری را که در خواب عمیق رخ میدهد تقلید کند.ذخیرهسازی اطلاعات توسط مغز
تیمی از محققان دانشگاه Autònoma de Barcelona (UAB)، این ماده مغناطیسی را با استفاده از نوعی محاسبات به نام محاسبات نورومورفیک (neuromorphic) ساختند.
محاسبات نورومورفیک یک مفهوم محاسباتی است که از نورون های مصنوعی برای تقلید رفتار مغز و عملکردهای سیناپسی یا سیگنال های ارتباطی نورون ها استفاده می کند.
همانطور که در این مطالعه بیان شد، یکی از تقلیدهای عملکرد مغز، انعطاف پذیری عصبی«توانایی ذخیره یا فراموش کردن اطلاعات بسته به مدت زمان و تکرار پالس های الکتریکی که نورون ها را تحریک می کنند» است. این شکل از انعطاف با حافظه و یادگیری در مغز مرتبط است.
موادی که یادگیری را تقلید می کنند
تیم تحقیقاتی مواد خاصی را کشف کردند که سیناپس های عصبی را تقلید می کنند. این مواد شامل مواد مقاومت کننده شامل (حافظه الکترونیکی)، فروالکتریک، مواد حافظه تغییر فاز، عایق های توپولوژیکی و مواد مغناطیسی یونی هستند. این تیم اشاره کرد که مواد مغناطیسی یونی جدیدترین مواد هستند و از تغییرات خواص مغناطیسی که توسط حرکت یونها یا اتمها در داخل ماده ایجاد میشود، تشکیل میشوند.
این حرکت با اعمال میدان الکتریکی به یون ها ایجاد می شود. در مواد مغناطیسی یونی، محققان می دانند که چگونه مغناطیس در هنگام اعمال میدان الکتریکی کنترل می شود، اما کنترل پیشروی خواص مغناطیسی هنگامی که ولتاژ متوقف می شود دشوار است. این امر تقلید از عملکرد مغز را دشوار می کند، مانند فرآیند یادگیری که حتی زمانی که مغز در خواب عمیق است و هیچ تحریک خارجی ندارد، اتفاق می افتد.
تحقیق
این مطالعه توسط محققان دپارتمان فیزیک UAB، جوردی سورت و انریک منندز با همکاریALBA Synchrotron، موسسه کاتالان علوم و نانوتکنولوژی (ICN2) و ICMAB انجام شد. این تیم روش جدیدی برای کنترل تکامل مغناطیسی در حالت های تحریک شده و پسا تحریک عملکرد مغز پیشنهاد کردند.
ماده جدیدی ایجاد شد که دارای لایه نازکی از مونونیترید کبالت (CoN) بود. هنگامی که یک میدان الکتریکی اعمال شد، تجمع یون های نیتروژن در خط بین لایه و الکترولیت مایع قابل کنترل است. جوردی سورت، پروفسور تحقیقاتی در ICREA و انریک منندز، استاد دوره تصدی سرا هانتر (Serra Húnter) در گروه فیزیک در UAB گفتند: مواد جدید با حرکت یونهایی که توسط ولتاژ الکتریکی کنترل میشوند، به روشی مشابه مغز ما، و با سرعتهایی مشابه با سرعتهای تولید شده در نورونها، در حد میلیثانیه کار میکند.ذخیرهسازی اطلاعات توسط مغز
سورت و منندز ادامه دادند: ما یک سیناپس مصنوعی ایجاد کردهایم که در آینده ممکن است مبنای یک الگوی محاسباتی جدید باشد، جایگزینی برای نمونهای که توسط رایانههای فعلی استفاده میشود.
این تیم کشف کردند که می توانند فرآیندهایی مانند حافظه، پردازش اطلاعات، بازیابی اطلاعات را با اعمال پالس های ولتاژ تقلید کنند. همچنین، برای اولین بار، آنها می توانند به روز رسانی کنترل شده اطلاعات را بدون اعمال ولتاژ تقلید کنند. کنترل مورد استفاده در این مطالعه با اصلاح ضخامت لایههای مونونیترید کبالت (CoN) که سرعت حرکت یونها را تعیین میکند و فرکانس پالسهای ولتاژ ایجاد می شود.ذخیرهسازی اطلاعات توسط مغز
تنظیم مواد اجازه می دهد تا خواص مغناطیسی هم هنگام اعمال ولتاژ و هم هنگام حذف ولتاژ کنترل شود. هنگامی که محرک ولتاژ کاهش می یابد، بر اساس ضخامت ماده و نحوه اعمال ولتاژ، می توان مغناطش را افزایش یا کاهش داد.
نتایج حاصل از مطالعه
نتیجه جدید این ماده طیف وسیعی از امکانات را برای توابع محاسباتی نورومورفیک باز میکند و با استفاده از شبکههای عصبی کارایی در ادراک، یادگیری و حافظه ایجاد میکند. مثال ارائه شده امکان تقلید یادگیری عصبی است که پس از تحریک مغز، در طول خواب اتفاق می افتد. در حال حاضر، این عملکرد نمیتواند توسط هیچ ماده عصب گون موجود دیگری کپی شود.
سورت و منندز اظهار داشتند: وقتی ضخامت لایه مونو نیترید کبالت زیر 50 نانومتر و ولتاژ اعمال شده در فرکانس بیش از 100 سیکل در ثانیه باشد، ما موفق شده ایم یک تابع منطقی اضافی را تقلید کنیم.ذخیرهسازی اطلاعات توسط مغز
محققان به اهمیت این مطالعه و تقلید از عملکرد مغز اشاره کردند. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، دستگاه بدون نیاز به هیچ ورودی انرژی اضافی و با تقلید از عملکردهای سیناپسی که در مغز در طول خواب عمیق انجام می شود می تواند برنامه ریزی شود تا یاد بگیرد یا فراموش کند، زمانی که پردازش اطلاعات می تواند بدون اعمال هیچ موردی از سیگنال خارجی ادامه یابد.
