IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети

Биологический мозг, в особенности человеческий, — это очень привлекательная вычислительная система, которая потребляет мало энергии и работает с высокой эффективностью. Чтобы создать такую же вычислительную систему, многие ученые, занимающиеся нейроморфизмом, сосредоточены на разработке аппаратных компонентов, призванных имитировать неуловимый механизм обучения мозга.

Недавно одна исследовательская группа подошла к этой задаче с другой стороны, сосредоточившись на измерении передачи информации. Их метод прошел через биологические и симуляционные эксперименты, а затем доказал свою эффективность в электронной нейроморфной системе.

Работа опубликована в журнале Intelligent Computing, партнерское издание Science.

Хотя электронные системы не полностью повторяют сложную передачу информации между синапсами и нейронами, команда продемонстрировала возможность преобразования биологических схем в электронные при сохранении объема передаваемой информации.

Это ключевой шаг на пути к созданию искусственных систем с низким энергопотреблением, созданных по образу и подобию мозга, — отмечают авторы.

Чтобы оценить эффективность передачи информации, команда черпала вдохновение в теории информации. Они количественно определили объем информации, передаваемой синапсами в отдельных нейронах, а затем измерили это количество с помощью взаимной информации, анализ которой выявляет связь между входными стимулами и реакцией нейронов.

Сначала команда провела эксперименты с биологическими нейронами. Они использовали срезы мозга крыс, записывая и анализируя биологические цепи в гранулярных клетках мозжечка. Затем они оценили информацию, передаваемую через синапсы от нейронов мшистого волокна к гранулярным клеткам мозжечка. Мшистые волокна периодически стимулировали электрическими разрядами, чтобы вызвать синаптическую пластичность — фундаментальную биологическую особенность, при которой передача информации в синапсах постоянно усиливается или ослабевает при повторной активности нейронов.

Результаты показывают, что изменения значений взаимной информации в значительной степени соответствуют изменениям в передаче биологической информации, вызванным синаптической пластичностью. Результаты, полученные в ходе моделирования и электронных нейроморфных экспериментов, отражают биологические результаты.

Во-вторых, команда провела эксперименты с симуляцией нейронов. Они использовали модель спикирующей нейронной сети, разработанную той же исследовательской группой. Спикирующие нейронные сети были вдохновлены функционированием биологических нейронов и считаются перспективным подходом для достижения эффективных нейроморфных вычислений.

В модели четыре мшистых волокна соединены с одной гранулярной клеткой мозжечка, и каждому соединению присваивается случайный вес, что влияет на эффективность передачи информации, как синаптическая пластичность в биологических цепях. В ходе экспериментов команда применила восемь схем стимуляции ко всем мшистым волокнам и записала ответы, чтобы оценить передачу информации в искусственной нейронной сети.

В-третьих, команда провела эксперименты с электронными нейронами. Для этого использовалась установка, аналогичная биологическим и симуляционным экспериментам. В качестве нейрона выступало ранее разработанное полупроводниковое устройство, а в качестве синапсов — четыре специализированных мемристора. Команда применила 20 последовательностей спайков для уменьшения значений сопротивления, а затем еще 20 — для их увеличения. Изменения значений сопротивления были исследованы для оценки эффективности передачи информации в нейроморфной системе.

Помимо проверки количества информации, передаваемой в биологических, симулированных и электронных нейронах, команда также подчеркнула важность синхронизации спайков, которая, как они заметили, тесно связана с передачей информации. Это наблюдение может повлиять на развитие нейроморфных вычислений, учитывая, что большинство устройств разрабатываются с использованием алгоритмов, основанных на частоте спайков.

08.04.2024


Подписаться в Telegram



Net&IT

Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр

В сериале Звездный путь: Следующее поколение к...

Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений

Квантовые системы, используемые в квантов...

Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек

Еще один балл в пользу искусственного инт...

Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

Несколько лет назад исследователи Массачу...

Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие...

PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить

Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во...

Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабр...

Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей

Искусственный интеллект, разработанный для&nbs...

Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности

Ученые Рочестерского университета разработали ...

Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио...

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Исследователи используют кантианскую модель рациональности для оценки этичности решений ИИ