باحثون يطورون إلكترونيات تحاكى أداء الدماغ البشرى وتتعلم بفعالية

نجح فريق من الباحثين فى جامعة ماساتشوستس أمهيرست فى استخدام أسلاك البروتين النانوية، التى تمتاز بقدرتها على توصيل الكهرباء، فى تطوير مقاومة ذاكرية عصبية، وعملت المقاومة بكفاءة شديدة باستخدام مستوى منخفض جدًا من الطاقة بصورة مشابهة لانتقال الإشارات بين الخلايا العصبية فى الدماغ، ونشر الباحثون نتائجهم فى دورية نيتشر كوميونيكيشنز.

وقال تياندا فو، المؤلفة الرئيسة للدراسة وأستاذة الهندسة الكهربائية والحاسوبية، أن أجهزة الكمبيوتر التقليدية تستخدم مستوى عالٍ من الطاقة يزيد عن فولت بينما ينقل الدماغ الإشارات بين الخلايا العصبية باستخدام مستوى منخفض من الطاقة يبلغ نحو 80 ميلى فولت، ويمثل ذلك أهم العقبات التى تواجهها الحوسبة العصبية.

وأضافت فو أنه يمكن تخطى هذه العقبة من خلال استخدام أسلاك البروتين النانوية التى استخلصها ديريك لافلى، عالم الأحياء الدقيقة فى جامعة ماساتشوستس أمهيرست والمؤلف المساعد فى الدراسة، من بكتيريا تسمى جيوباكتر.

ويجرى لافلى حاليًا تجارب على المقاومة الذاكرية التى تستخدم أسلاك البروتين النانوية، ونجح فى تقليل مستوى الطاقة اللازم لنقل الإشارات إلى المستوى الذى تستخدمه الخلايا العصبية فى الدماغ، وقال لافلى أن ذلك يمثل إنجازًا كبيرًا لأن تطوير جهاز يستخدم طاقة منخفضة مساوية للدماغ كان أمرًا شديد الصعوبة، لكنه يعد دليلًا واضحًا على القدرات الكبيرة للحوسبة العصبية.

وأضاف لافلى أن أسلاك البروتين النانوية المستخلصة من بكتيريا جيوباكتر تتفوق بمزايا عديدة على أسلاك السيليكون النانوية باهظة الثمن، التى يتطلب إنتاجها مواد كيميائية سامة، وكميات كبيرة من الطاقة. وتمتاز أسلاك البروتين النانوية باستقرارها الكبير فى الماء وسوائل الجسم ما يجعلها مناسبة لاستخدامها فى التطبيقات الطبية والحيوية.

وذكر الباحثون أن قطر الجهاز الذى طوروه يبلغ 1% من قطر شعرة الإنسان، وأدى وظيفة تشبه التعلم أو تكوين اتصالات جديدة بين الخلايا العصبية فى الدماغ بفعالية كبيرة، وأضافوا أن الجهاز الجديد يتفوق على أجهزة الكمبيوتر التقليدية، إذ يستطيع التعلم دون الحاجة إلى برمجيات.

واستمر تطوير الجهاز الجديد نحو عامين، ومع أن نتائج التجربة الأولى لم تكن مبهرة فقد كانت مرضية، واستمر الباحثون فى العمل حتى وصلوا إلى النتيجة الحالية التى تمثل إنجازًا كبيرًا.

ويخطط الفريق حاليًا لاستكمال الأبحاث لمعرفة المزيد عن كيماء أسلاك البروتين النانوية وآلية عملها، وتتعدد التطبيقات المحتملة للجهاز الجديد، ومنها استخدامه فى مراقبة ضربات القلب.