Нейроморфный чип с дендритами: как новая архитектура копирует мозг
Статья в Nature Electronics описывает принципиально иной взгляд на вычисления. Мы долго пытались имитировать мозг, копируя в основном синапсы. Но настоящий нейрон — это не просто точка соединения. Это целое дерево, густой лес дендритов, которые принимают тысячи различных сигналов — и возбуждающих, и тормозящих. Превращать эту сложнейшую пространственную структуру в простые линии передачи данных — всё равно что описывать симфонию одним звуком.
Именно эту проблему и решают авторы работы. Они обратили внимание на то, что дендриты в мозге имеют древовидную форму, а сигналы в них распределены специфично для каждой ветви. Разное расположение аксонов и дендритов порождает разную реакцию синапсов. Игнорировать это — значит игнорировать саму суть нейронной обработки информации.
Дендристор: когда железо начинает «ветвиться»
Так родилось устройство, названное дендристором. Его задача — не просто передать сигнал, а имитировать саму морфологию биологических дендритов. Как? С помощью физики многозатворных транзисторов, покрытых особой ионно-легированной пленкой.
«Эта пленка работает как дендритные ветви, — объясняет соавтор работы Юнхэ Бэк. — Легированные ионы движутся в ней подобно ионам в настоящих нейронах, модулируя ток транзистора и отражая изменения в мембранном потенциале». Проще говоря, железо научили повторять тонкие электрохимические процессы живого мозга.
Но как проверить, насколько точна имитация? Учёные пошли на хитрость и создали на основе дендристора так называемый «молчащий синапс». Ведь в реальном мозге синапс передаёт сигнал не всегда — для этого нужно совпадение ряда условий.
Напряжение в каждой «ветви» дендристора гарантирует, что синапс активируется только при достижении строго определённого порога. Не дотянул — синапс остаётся «немым». Это не просто деталь, это фундаментальный принцип работы нашей нейронной сети, который наконец-то удалось воссоздать в кремнии.
И вот что принципиально: новая архитектура воспроизводит не отдельные части, а всю структуру связности нейронов — включая морфологию дендритов и феномен молчащих синапсов.
«Разреженность и морфология нейронных сетей мозга использовались в ИИ крайне слабо, — отмечает соавтор Карло Витторио Канистрачи. — Наша работа впервые показывает, как задействовать эти две ключевые особенности для создания нейроморфных систем следующего поколения». Получается, мы стоим на пороге эры, где железо будет думать не по нашим упрощённым алгоритмам, а по законам, которые природа оттачивала миллионы лет. Страшно? Или безумно интересно?
В топе
