IBM создала ближайший искусственный аналог нейронов

Исследовательский центр IBM в Цюрихе отчитался о создании первых в мире искусственных стохастических нейронов с фазовым переходом, которые действуют почти таким же образом, как и обычные биологические клетки нервной ткани. Об этом сообщает исследовательский центр в блоге, также, развернутую статью этой теме посвятила Ars Technica.

В компании создали «популяцию» из примерно 500 таких нейронов и использовали эту сеть, чтобы обработать сигнал так же, как это делает мозг. Нейроморфические компьютеры работают таким образом — и это ответ на вопрос, зачем такие нейроны в принципе кому-то понадобились.

Такие нейроны (и чипы на их основе) изготавливаются из изученных материалов, которые можно масштабировать до нескольких нанометров, также они могут работать с очень высокой скоростью, но при очень низких энергозатратах. Важно еще и то, что они стохастические — иными словами, способны производить слегка отличные друг от друга результаты, как и биологические нейроны.

О том, как сконструированы такие нейроны по сравнению со своим биологическим аналогом, можно составить представление по этому рисунку:

Как и у биологического нейрона, у нейрона IBM есть «устройство ввода» (дендриты), нейронная мембрана вокруг «генератора» (ядра) и «устройство вывода» (аксон).

Схема компьютера на основе искусственных нейронов

Ключевое различие — в мембране. В реальном нейроне это была бы жидкая двухслойная структура, которая действует и как резистор, и как конденсатор. Он сопротивляется проводимости, но в конце-концов, когда электрических импульсов на дендрит поступает достаточно, это создает достаточно потенциала, чтобы клетка произвела собственный электрический импульс, который и передается дальше через аксоны к другим нейронам.

В IBM-нейроне такую мембрану заменили маленьким квадратом из германия-сурьмы-теллура (GeSbTe или GST). Он может существовать в двух фазах (в этом случае, кристаллической или аморфной) и просто переключаться между ними, как правило, под воздействием высокой температуры (лазер или электричество). Материалы с фазовым переходом имеют очень отличные физические свойства, в зависимости от фазы: в аморфном состоянии это изоляционный материал, в кристаллическом — проводник.

В искусственном нейроне этот квадратик начинает работу в аморфной стадии. Когда к нему поступают импульсы, он медленно кристаллизуется, пока не станет проводником. А затем возвращается в исходное состояние. Стохастичность обеспечивается тем, что каждый раз аморфное состояние мембраны немного отличается от предыдущего. Так что инженерам не известно достоверно, когда именно определенный нейрон передаст импульс.

Научную работу о том, как работают такие стохастические нейроны с фазовым переходом, можно прочесть, к примеру, на Nature.

Напомним, в начале июля исходный код Apollo 11 полностью опубликовали на GitHub.