Inteligência artificial: foi desenvolvido um chip que imita a atividade cerebral

Durante décadas, cientistas sonharam em criar um sistema de computador que pudesse replicar o talento do cérebro humano para aprender novos problemas.

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts deram um passo importante para atingir esse objetivo ao desenvolver um chip de computador que imita a maneira como os neurônios do cérebro se adaptam em resposta a novas informações. Acredita-se que esse fenômeno, conhecido como plasticidade, esteja subjacente a muitas funções cerebrais, incluindo o aprendizado e a memória.

Com cerca de 400 transistores, o chip de silício pode imitar a atividade de uma única sinapse cerebral – a conexão entre dois neurônios que facilita a transferência de informações de um neurônio para outro. Os pesquisadores esperam que o chip ajude os neurocientistas a aprender muito mais sobre o funcionamento do cérebro e também possa ser usado para desenvolver próteses neurais, como retinas artificiais, afirma o líder do projeto, Chi-Sang Poon.

Modelagem de sinapses

Existem cerca de 100 bilhões de neurônios no cérebro, cada um dos quais forma sinapses com muitos outros neurônios. Uma sinapse é o espaço entre dois neurônios (pré-sinápticos e pós-sinápticos). O neurônio pré-sináptico libera neurotransmissores como glutamato e GABA, que se ligam a receptores na membrana pós-sináptica da célula, ativando canais iônicos. A abertura e o fechamento desses canais causam alterações no potencial elétrico da célula. Se o potencial mudar drasticamente, a célula dispara um impulso elétrico chamado potencial de ação.

Toda a atividade sináptica depende de canais iônicos, que controlam o fluxo de íons carregados, como sódio, potássio e cálcio. Esses canais também são essenciais em dois processos conhecidos como potenciação de longo prazo (PLP) e depressão de longo prazo (DLP), que fortalecem e enfraquecem as sinapses, respectivamente.

Os cientistas projetaram seu chip de computador de forma que os transistores pudessem imitar a atividade de diferentes canais iônicos. Enquanto a maioria dos chips opera em modo binário liga/desliga, as correntes elétricas no novo chip fluem pelos transistores em modo analógico. Um gradiente de potencial elétrico faz com que a corrente flua pelos transistores da mesma forma que os íons fluem pelos canais iônicos em uma célula.

"Podemos ajustar os parâmetros do circuito para focar em um canal iônico específico", diz Poon. "Agora temos uma maneira de capturar todos os processos iônicos que ocorrem em um neurônio."

O novo chip representa "um avanço significativo nos esforços para estudar neurônios biológicos e plasticidade sináptica em um chip CMOS [semicondutor complementar de óxido metálico]", diz Dean Buonomano, professor de neurobiologia na Universidade da Califórnia, em Los Angeles, acrescentando que "o nível de realismo biológico é impressionante.

Os cientistas planejam usar o chip para criar sistemas que simulam funções neurais específicas, como o sistema de processamento visual. Esses sistemas podem ser muito mais rápidos do que computadores digitais. Mesmo sistemas computacionais de alto desempenho levam horas ou dias para simular circuitos cerebrais simples. Com o sistema analógico do chip, as simulações são mais rápidas do que em sistemas biológicos.

Outro uso potencial para esses chips é personalizar interações com sistemas biológicos, como retinas e cérebros artificiais. No futuro, esses chips poderão se tornar blocos de construção para dispositivos de inteligência artificial, afirma Poon.