Inteligência artificial: um chip projetado para simular atividade cerebral

Durante muitas décadas, os cientistas sonharam em criar um sistema informático que possa replicar o talento do cérebro humano para explorar novos desafios.

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts já deram um passo importante nesse objetivo ao desenvolver um chip de computador que imita o mecanismo de adaptação dos neurônios cerebrais em resposta a novas informações. Este fenômeno, conhecido como plasticidade, é acreditado pelos cientistas para subjugar muitas funções cerebrais, incluindo aprendizado e memória.

Cerca de 400 transistores e um chip de silício podem simular a atividade de uma única sinapse do cérebro - uma conexão entre dois neurônios, o que facilita a transferência de informação de um neurônio para outro. Os pesquisadores esperam que este chip ajudem os neurocientistas a aprenderem muito mais sobre o trabalho do cérebro, e também podem ser usados no desenvolvimento de próteses neurais, como retina artificial, diz o gerente do projeto, Chi-Sang-poon.

Simulação de sinapses

No cérebro, existem cerca de 100 bilhões de neurônios, cada um dos quais forma sinapses com um grande número de outros neurônios. Sinapse - o fosso entre dois neurônios (neurônios pré-sinápticos e pós-sinápticos). O neurônio pré-sináptico secreta neurotransmissores como glutamato e GABA, que se ligam aos receptores na membrana pós-sináptica da célula, ativando os canais iónicos. Abrir e fechar esses canais leva a uma mudança no potencial elétrico da célula. Se o potencial muda dramaticamente, a célula desencadeia um impulso elétrico chamado potencial de ação.

Toda atividade sináptica depende dos canais iónicos, que controlam o fluxo de íons carregados, como o sódio, potássio e cálcio. Esses canais também são fundamentais em dois processos conhecidos como potencialização a longo prazo (LTP) e depressão de longo prazo (LLC), que, respectivamente, fortalecem e enfraquecem as sinapses.

Os cientistas desenvolveram seu próprio chip de computador, de modo que os transistores podem imitar a atividade de vários canais de íons. Enquanto a maioria dos chips funcionam no modo binário - "on / off", as correntes elétricas no novo chip fluem através dos transistores no modo analógico. O gradiente do potencial elétrico faz com que o fluxo flua através dos transistores da mesma forma que os íons passam pelos canais iónicos na célula.

"Nós podemos ajustar os parâmetros do circuito para a concentração em um canal iônico específico", diz Poon. "Agora, temos uma maneira de capturar todo processo iónico que ocorre no neurônio".

O novo chip representa "um progresso significativo nos esforços para estudar neurônios biológicos e plasticidade sináptica no chip CMOS [semente complementar de metalurgia complementar", diz Dean Buonomano, professor de neurociências da Universidade da Califórnia em Los Angeles, acrescentando que "o nível de realismo biológico , é impressionante.

Os cientistas planejam usar seu chip para criar sistemas para modelar funções neurais específicas, como um sistema de processamento visual. Tais sistemas podem ser muito mais rápidos do que os computadores digitais. Mesmo em sistemas informáticos de alto desempenho, são necessárias horas ou dias para simular circuitos cerebrais simples. Com o sistema de chips analógicos, a simulação é mais rápida do que nos sistemas biológicos.

Outra aplicação potencial desses chips, ajuste da interação com sistemas biológicos, como a retina artificial e o cérebro. No futuro, esses chips podem se tornar blocos padrão para dispositivos de inteligência artificial, diz Poon.