Science Advances: долговременную и рабочую память воссоздали в нанопроволочной сети
Изображение: Loeffler et al.
Международная группа ученых под руководством специалистов из Сиднейского университета разработала сеть из нитевидных нанокристаллов, которая демонстрирует свойства кратковременной и долговременной памяти подобно человеческому мозгу. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Нитевидные нанокристаллы представляют собой подобие проволоки диаметром порядка нанометра. Сети из нитевидных кристаллов (англ. nanowire networks, NWN) применяются как основа для нейроморфных технологий, которые имитируют работу нейронов и синапсов в мозге. Ключевым свойством является способность к гистерезису, то есть к запоминанию предыдущих состояний, что делает NWN пригодными для создания ячеек памяти. Так проводимость нанокристаллов изменяется в зависимости от электрического тока, протекшего через него ранее, что известно под названием мемристивности.
Материалы по теме:
Космический рывокПосадка на Луну, полет на Марс и новые ракеты: почему 2021 год войдет в историю космонавтики?9 января 2021
Поднимет все.Как SpaceX Илона Маска создает самую мощную ракету в истории9 августа 2021
Еще одно ключевое свойство нанопроволочных сетей проистекает из того факта, что их получают путем самосборки, в результате чего NWN обладают нелинейной динамикой, заключающейся в том, что изменения каких-либо параметров системы приводят к непропорциональным изменениям поведения этой системы. Это возникает из-за меристивности контактов между кристаллами (эти контакты подобны синапсам в человеческом мозге) и общей структуры сети, которая является очень неоднородной.
За последнее десятилетие появилось много работ, показывающих, что нелинейность делает NWN способными к обучению. В новом исследовании ученые доказали, что к нанопроволочной сети применим метод обучения с учителем, когда данные на выходе сравниваются с желаемым результатом, и степень отклонения используется для регулировки работы сети. Это может считаться аналогом долговременного запоминания.
Манипулируя напряжением на электродах, подведенных к сети, ученые также продемонстрировали, что NWN обладает рабочей памятью, в эксперименте с применением так называемой задачи n-назад. В нейрофизиологических исследованиях эта задача используется для оценки оперативной памяти у людей, которых просят определить, встречался ли предъявляемый им образ в последовательности стимулов одну, две или n позиции назад. С увеличением числа n время ожидания ответа увеличивается, а точность падает. Оказалось, что NWN способна «вспомнить» информацию при n равном семи, что удивительно точно соответствует закономерности «семь плюс-минус два», согласно которой человеческая кратковременная память не может вместить более 5-9 элементов.
