XCOD.INFO

По мнению исследователей из компании IBM примерно через 10 лет мощности компьютеров достигнут показателей, достаточных для того, чтобы работать по аналогии с человеческим мозгом. Ранее ученые проводили опыты по симуляции работы отдельных частей мозга, а также пытались симулировать на суперкмопьютерах работу мозга животных, например мышей и крыс. Мощности даже крупнейших суперкомпьютеров сегодня недостаточны для воспроизведения всех особенностей мозга человека, обладающего миллиардами нейронов.

В лаборатории когнитивных вычислений IBM говорят, что не так давно им удалось воспроизвести на компьютерах работу части коры головного мозга. В будущем инженеры намерены расширить программу исследований, чтобы весь головной мозг.

В 2008 году IBM в партнерстве с пятью американскими университетами получила контракт от агентства передовых научных разработок DARPA на разработку программного обеспечения, способного симулировать работу мозга человека. По словам Дарментра Модха, менеджера лаборатории когнитивных вычислений, данную работа разбита на несколько этапов. Сейчас участники проект достигли двух важных результатов: им удалось воссоздать симуляцию работы коры головного мозга с 1 млрд нейронов и 10 трлн индивидуальных синапсов, что примерно соответствует показателям головного мозга кошки. Во-вторых, ученые создали новый программный алгоритм, получивший название BlueMatter и способный воссоздавать реальные процессы и связи между нейронами коры мозга.

Для воссоздания реальных процессов, происходящих в мозге человека эти два момента критически важны, говорят исследователи.

В IBM говорят, что команда инженеров попытается воссоздать в электронных приборах такие функции мозга, как логическое мышление, познание, восприятие, ощущение, взаимодействие с окружающей средой и поведенческие реакции. Отдельно в к корпорации говорят, что создаваемая система не будет представлять собой десятки шкафов с компьютерными узлами и супермощностями, создатели намерены получить новую архитектуру с низким энергопотреблением и компактными размерами.

“Наш мозг имеет бесподобную способность интегрировать информацию из различных источников и из разных каналов - зрение, слух, осязание, обоняние, осознания времени и пространства, а также взаимосвязи этих факторов. Сейчас нет компьютеров, которые могут хотя бы отдаленно воспроизвести деятельность мозга. Здесь нужен совершенно иной подход”, - говорит Модха.

Тем не менее, в корпорации говорят, что сейчас уже настало время для создания систем, симулирующих работу мозга. Во-первых, неврологи добились значительных успехов в изучении процессов взаимодействия нейронов, во-вторых, мощности современных процессоров уже позволяют проводить аналогичные мозговым процессам вычисления в реальном времени, наконец в-третьих, при помощи нанотехнологий в недалеком будущем можно будет вообще создать искусственный мозг, в котором будет симулировано все, вплоть до единого нервного окончания и нейрона.

“Объединив все эти три тенденции, мы можем попытаться симулировать в электронном виде деятельность мозга, хотя создать электронное устройство, сравнимое по размерам и функциям, сейчас все же вряд ли возможно”, - говорят в IBM. “Вообще, эти вопросы настолько сложны, что для их решение требуется очень комплексный подход. Мы пока находимся на начальной стадии головоломки”, - отмечает Модха.

Электроды, размещённые в мозге, могут поставлять медикам информацию о месте и времени возникновения эпилептического припадка, данные о работе нейронов в “неисправных” областях или могут быть использованы для управления электроникой силой мысли парализованного человека. Но для успеха гарантии здоровья пациента очень важен дизайн таких электродов.

При внедрении контактов в мозговую ткань возникает большая проблема: сложная геометрия поверхности коры не позволяет вживлять действительно широкие массивы датчиков. Либо такая имплантация несёт с собой слишком много повреждений, либо контакт получается слабый, а часть электродов так и вовсе не работает (участки в углублениях оказываются им недоступны).

Немало было попыток создать идеал имплантата, но, быть может, самый перспективный вариант появился только сейчас.

Чтобы наконец-то совместить большую арену сбора надёжных сигналов с минимальным воздействием на мозг, нужно было придумать решётку контактов, по гибкости и “адаптивности” превосходящую всё ранее виденное.

Именно такое достижение продемонстрировали Брайан Литт (Brian Litt) из медицинской школы университета Пенсильвании, Джон Роджерс (John Rogers) из университета Иллинойса University of Illinois at Urbana-Champaign и ряд их коллег из других университетов США, а также Китая.

Учёным не составляет труда произвести тонкие контакты и проводки, скажем, из золота. При толщине в считанные микрометры они будут достаточно мягкими, чтобы повторять рельеф коры. Но сначала их ведь необходимо как-то пристроить на место работы с высокой точностью, не смяв и не порвав тонкий металл. Логичный выход: нужна подложка, разлагаемая после того, как она выполнит свою задачу.

Такой строительной основой для нового типа имплантата стал субстрат из фиброина натурального шёлка, взятого из кокона шёлкопряда Bombyx mori. Материал этот достаточно упругий и прочный, чтобы устройством можно было манипулировать в ходе хирургической операции, но при этом достаточно мягкий, чтобы снизить риск травмы.

Поверх шёлковой подложки авторы новой технологии разместили тонкую сетку из полиимида (был использован материал каптон — kapton), она служит для электрической изоляции и для формирования правильного рисунка из проводящих дорожек и контактов.

Самое интересное начинается после того, как решётку поместили в тот участок мозга, работу которого необходимо зафиксировать. При контакте с внутренней средой организма (а также при добавлении физиологического раствора) белок шёлковой основы начинает растворяться.

Остающийся свободным ажурный каркас из тонких проводков и контактов, сидящий на полимерной сетке, за счёт действия капиллярных сил начинает изгибаться, точно повторяя форму коры мозга в данном месте, словно термоусадочная упаковка. Теперь он плотно прилегает к ней, в то же время не повреждая.

Кстати, варьируя предварительную обработку шёлкового материала, исследователи добились регулировки времени рассасывания основы чипа в пределах от нескольких минут до часов. Эта регулировка должна пригодиться при выполнении сложных операций на мозге.

Внизу: серия опытов с обёртыванием новой схемы вокруг цилиндров разного диаметра (сверху вниз) при различной толщине сэндвича (слева направо). Красные и синие надписи отмечают, соответственно, случаи, когда изгиб подложки недостаточен и когда имплантат хорошо прилегает к цилиндру (иллюстрации Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials).

Авторы работы изготовили несколько вариантов своего устройства, отличные по толщине шёлковой основы и ряду других параметров, а также сравнительный аналог без шёлка. Они тщательно замерили механические свойства образцов, проверив их сначала на моделях мозга, а затем и на лабораторных животных. (Подробности этих экспериментов раскрывает статья в Nature Materials.)

Учёные показали, что тонкий шёлковый вариант обеспечивает хороший контакт с мозгом, в то же время, исключая раздражение и рубцевание живой ткани.

Решающей проверкой стала имплантация таких сэндвичей в мозг взрослых кошек. Учёные поместили электроды в зрительную кору животных. Регистрируя ток от нервных клеток при визуальной стимуляции (кошкам показывали различные картинки), экспериментаторы доказали, что тонкая сетка, высаженная на коре при помощи шёлковой основы, даёт самый чёткий и подробный сигнал в сравнении с традиционными толстыми проволочными электродами.

Важно, что на участке имплантации не наблюдалось никакого воспаления по меньшей мере за все четыре недели опыта. А значит, электроды нового дизайна, по всей видимости, можно будет оставлять имплантированными в голову людей-пациентов на месяцы, а может и на годы, что открывает совершенно новые перспективы для исследований в области неврологии и терапии.

Тут, правда, встаёт вопрос о подтягивании других компонентов имплантата до такого уровня гибкости и совместимости. Так, чтобы не тянуть множество проводников наружу, следует снабдить контактный чип микросхемой обработки и шифровки сигнала, а ещё лучше — радиопередатчиком.

Справа: решётка электродов при сильном увеличении. Внизу слева: схематический разрез чипа. Синий цвет – шёлк, зелёный – полимер, жёлтый – золото (фото Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials; C. Conway, J. Rogers/Beckman Institute).

Создание интегрированных систем такого типа требует построения по аналогичному принципу биосовместимых цифровых чипов, а также — источников питания. И в данном направлении Роджерс, Литт и их коллеги уже движутся.

Они построили опытный образец чипа на шёлке, содержащего кремниевые транзисторы и проверили его на лабораторных животных (правда ещё не на мозге). Аналогично учёные пробуют создать ультратонкие аккумуляторы, сводящие к минимуму воздействие на живую ткань.

Все эти компоненты ещё предстоит свести вместе и проверить их безопасность. Но в перспективе это может привести к рождению совершенно потрясающих устройств: гибких чипов-имплантатов, которые можно было бы внедрять в нужное место организма через минимальный надрез, через катетер. Внутри чипы бы расправлялись и занимали нужную позицию, а затем годами передавали информацию о работе клеток медикам.

Исследователи из Университета Западной Англии разработали первого в мире робота, состоящего из биологических форм. Новый аппарат, получивший название Plasmabot, был разработан в рамках гранта на создание свободных от кремния биологических роботов. Состоит новинка из гибкого материала на основе микроорганизмов Physarum polycephalum. Данные бактерии часто обитают в лесах или влажных тенистых местах.

Финансирование проекта разработки робота велось в рамках проекта Leverhulme Trust, задача которого заключается в создании полностью биологических роботов, не имеющих в своей основе кремниевых компонентов и способных работать с параллельном режиме. Профессор Энди Адамацки, руководитель проекта, рассказывает, что ранее его группе уже приходилось создавать вычислительные системы на базе органических оснований.

“Задача таких роботов заключается в выполнении тех или иных необычных заданий. Созданный нами плазмодиевый робот представляет собой искусственный интеллект на базе органической субстанции, он способен заниматься поиском источников питания, обрабатывать их за счет собственной протоплазмы и передавать данные о найденном источнике. Помимо этого, робот может решать вычислительные задачи, такие как поиск кратчайшего пути из одной точки в другую”, - говорит Адамацки.

Однако наиболее выдающейся способностью робота является его возможность расти. Рост идет за счет появления новых микроорганизмов, размножающихся под влиянием света, тепла и питательных веществ. За счет того, что ученые могут манипулировать этими показателями, они также могут и управлять процессом роста биоробота.

“Пока мы находимся на ранней стадии понимая всего потенциала биологических роботов, однако со временем мы, вероятно, сможем создавать более сложные механизмы, способные самоорганизовываться, работать в производственных и научных целях”, - говорит он.

Французским инженерам удалось создать органический транзистор с добавлением наночастиц золота, который может использоваться в схемах, имитирующих передачу сигналов в нервной системе.

Конструкция транзистора; «С» — сток, «И» — исток (иллюстрация журнала Advanced Functional Materials).

Синапсы — области контакта нейронов между собой или с иннервируемыми ими тканями — служат для передачи нервных импульсов. Общее число синапсов в мозге человека приблизительно на семь порядков превосходит количество нейронов; очевидно, если ученые хотят создать компьютер, моделирующий деятельность мозга, им совершенно необходимо разработать простой и эффективный «электронный синапс». Такие устройства уже конструировались ранее, но все предложенные схемы содержали не менее семи кремниевых транзисторов.
Способность настраивать параметры передачи входных сигналов относится к важнейшим характеристикам биологического синапса. Он, к примеру, может ослаблять сигнал в том случае, если импульсы подаются на «вход» с высокой частотой; это его свойство принято называть пластичностью.
Авторам удалось получить электронный аналог эффекта пластичности с помощью золотых наночастиц и органического полупроводника — ароматического углеводорода neпентацена. Частицы были заключены в пентаценовую пленку и располагались в канале транзистора, играя роль наноразмерных конденсаторов. Для создания «усиливающего» синапса перед подачей периодической последовательности импульсов исследователи заряжали наночастицы (подавали отрицательное напряжение на затвор), а «ослабляющий» синапс требовал предварительной подачи положительного напряжения.

Авторам также удалось смоделировать поведение синапсов обоих типов без начального программирования. В этом случае на затвор подавалась такая же периодическая последовательность импульсов, определявшая процесс заряда и разряда наночастиц.

Выходной сигнал (ток стока) транзистора, имитирующего «ослабляющий» (вверху) и «усиливающий» синапсы. В первом случае на затвор предварительно подавали напряжение +50 В, во втором — -50 В. (Иллюстрация из журнала Advanced Functional Materials.)

Новости Компьюленты

Ряд европейских стран начинают амбициозный проект, в котором объединятся научные знания из области схемотехники, химии и биологии. Европейские ученые намерены создать так называемый quot;химический компьютерquot; - устройство, работающее по аналогии с кремниевым компьютером, но состоящее из органических соединений. В новом типе вычислительных машин будут заложены несколько недавних научных открытий, связанных с химическими системами, пригодными для выполнения инженерных расчетов.
В конечном итоге ученые намерены искусственно создать систему, работающую по аналогии с нейронами головного мозга и симулирующими деятельность этого важнейшего органа. Всего в проект создания quot;химического компьютераquot; планируется вложить чуть менее 2 млн евро.
По словам Клауса-Петера Зонера из Университета Саутгемптона, что отличает их нынешний проект от многих предыдущих, так это то, что здесь “химический компьютер” будет пользоваться стабильными “клетками”, нанесенными на органическое покрытие для проведения расчетов - примерно такая же схема работы наблюдается и нашем мозгу, когда в качестве этих клеток выступают нейроны.
“Наша цель заключается не в создании каких-то новых компьютеров, а в создании системы, которая сможет проводить расчеты в совершенно новых условиях и на базе новых компонентов”, - говорит он.
По словам ученого, в будущем на базе подобных органических вычислительных систем можно будет делать очень компактные компьютеры, которые не потребуют охлаждения, будут потреблять минимум электроэнергии и стоить существенно дешевле нынешних ПК. При всем этом, химические компьютеры смогут работать и с используемыми на сегодня бизнес-приложениями.
“Такой подход откроет для программного обеспечения области, где ИТ сегодня и близко не стоит. Мы сможем контролировать молекулярных роботов, создавать суперточныные химические производства, проектировать интеллектуальные лекарства и даже управлять химическими сигналами в человеческом организме”, - говорит доктор Зонер.

В основе метода создания “химического компьютера” лежат две главных идеи.

Первая - так называемые индивидуальные “клетки” - индивидуальные и полностью законченные органические вычислительные системы, состоящие из липидов, искусственно внедренных в органическую среду. Недавние исследования показали, что работать можно как минимум с двумя типами липидов, способных переносить химические сигналы внутри молекул.

Вторая - внутренний состав клеток, способный проводить химическую реакцию Белоусова-Жаботинского. Реакции данного класса протекают в в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции, концентрация компонентов, температура и др. изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды. Подобные реакции позволят клеткам “общаться” между собой и изменять свою структуру.

Ожидается, что работать “химический компьютер” будет от электрического тока, но вот изменения здесь будут проходить под влиянием химических факторов, подобных тем, что происходят в живых организмах. “Фактически, каждый нейрон в нашем мозге - это уже маленький компьютер”, - говорит доктор Зонер.

Материал предоставлен информационным порталом Сайберсекьюрити

Исследовательское подразделение корпорации IBM разрабатывает систему машинного перевода, способную функционировать в режиме реального времени.

Система, переводящая документы, веб-страницы и мгновенные сообщения, может использоваться не только на персональных компьютерах, но и на смартфонах. В настоящее время инструментарий n.Fluent поддерживает работу более чем с десятью языками, в том числе с английским, французским, немецким, итальянским, испанским и русским.
Сообщается, что система n.Fluent способна обучаться, а значит — повышать качество генерируемых результатов. В процессе работы применяются специальные алгоритмы, полученные при анализе огромных объемов текстовой информации, а также сопоставления оригиналов с материалами, сделанными профессиональными переводчиками.
За время тестирования система перевела более 400 млн слов. В IBM надеются, что в перспективе n.Fluent составит достойную конкуренцию бесплатным сервисам вроде Google Translate.

О возможных сроках запуска открытой версии n.Fluent разработчики, впрочем, умалчивают.

Новости Компьюленты

РИА Новости.

Новая наука на основе нанотехнологий, биотехнологий, информационных и когнитивных технологий появится в России, заявил директор РАН Курчатовский институт Михаил Ковальчук на научной конференции, посвященной рентгеновскому, синхротронному излучениям, а также нано-, био-, инфо-, когнитивным технологиям, которая открылась 16 ноября в Курчатовском институте.

Фактически, речь идет о создании принципиально новой науки с четырьмя составляющими: нанотехнологии, биотехнологии, информационные технологии и когнитивные технологии, - сказал он.

По словам Ковальчука, сочетание данных технологий является основой науки будущего, перехода на принципиально новые, возобновляемые ресурсы и технологии, созданные по образцу живой природы, с использованием самых совершенных технологических достижений.
Образованный в Курчатовском институте НБИК Центр (назван по первым буквам технологий) включает в себя новый нанотехнологический корпус, модернизированный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реактор ИР-8, центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьютера.
Ковальчук отметил, что развитие этого научного направления позволит создать новую платформу для дизайна новых лекарств, а также генно-инженерную платформу (для работы с геномом человека - ред.).