Інженери з Університету Массачусетсу в Амгерсті розробили штучний нейрон, який поводиться разюче подібно до свого природного аналога. Цей прорив ґрунтується на попередніх дослідженнях, в яких команда створювала білкові нанодроти з бактерій, що виробляють електрику. Їхнє нове відкриття передбачає можливість розробки комп’ютерів, які є набагато енергоефективнішими та здатними безпосередньо взаємодіяти з живими клітинами.
Науковці зробили крок, який ще кілька років тому здавався фантастикою: створили штучний нейрон, здатний імітувати природні сигнали мозку. Це відкриття може змінити майбутнє нейротехнологій, адже новий тип нейронних пристроїв не лише відтворює електричну активність клітин, але й «розмовляє» тією ж мовою, якою спілкуються наші мозкові нейрони.
«Наш мозок обробляє величезну кількість даних», — каже Шуай Фу, аспірантка з електротехніки та комп’ютерної інженерії в Університеті Массачусетсу в Амхерсті та провідний автор дослідження, опублікованого в Nature Communications. «Але його енергоспоживання дуже й дуже низьке, особливо порівняно з кількістю електроенергії, необхідної для роботи великої мовної моделі, такої як ChatGPT».
У центрі дослідження лежить створення мікроскопічного пристрою, який може відтворювати електричні імпульси з такою ж швидкістю і точністю, як це робить жива клітина. Цей синтетичний нейрон не є просто схемою, що копіює форму сигналу, він здатний адаптуватися, реагувати на зміни та підтримувати ритм, властивий живим мережам.
Ключовим досягненням стало те, що нова розробка змогла «підключитися» до живих клітин і взаємодіяти з ними. Іншими словами, мозок «сприйняв» штучний нейрон як частину власної мережі, дозволяючи йому брати участь у комунікації. Це відкриває можливості для створення протезів нейронів, які одного дня можуть допомогти людям із пошкодженнями нервової системи, відновлюючи втрачені функції.
Потенційні застосування такого відкриття виходять далеко за межі медицини. Вчені вже уявляють системи, де штучні нейрони стануть основою нових обчислювальних технологій, що працюватимуть на біологічних принципах, замінюючи класичні мікрочипи. Подібні системи можуть бути більш енергоефективними, швидшими та ближчими до того, як функціонує людський мозок.
Секретним інгредієнтом нового малопотужного нейрона команди є білковий нанодрот, синтезований з дивовижної бактерії Geobacter sulfurreducens, яка також має надздатність виробляти електрику. Яо разом з різними колегами використав білкові нанодроти бактерій для розробки цілої низки надзвичайно ефективних пристроїв: біоплівки, що живиться потом і може живити персональну електроніку: «електронного носа», який може винюхувати хвороби ; та пристрою, який можна побудувати майже з чого завгодно, який може збирати електрику з самого повітря.
Попри вражаючі результати, дослідники наголошують: це лише початок. Для того щоб створити повноцінні нейронні мережі на основі таких пристроїв, необхідно навчитися відтворювати складну динаміку мільйонів клітин. Проте той факт, що наука вже змогла створити штучний нейрон, який «говорить» мовою мозку, демонструє, що ми лише на початку захопливого шляху до нової ери нейротехнологій.