Nuovo circuito neurale dendritico ispirato al cervello umano

Nuovo circuito neurale dendritico ispirato al cervello umano

> In seguito al rapido progresso degli strumenti di intelligenza artificiale (IA), gli ingegneri di tutto il mondo stanno sviluppando nuove architetture e componenti hardware che replicano l'organizzazione e le funzioni del cervello umano.

Un team di ricercatori della Tsinghua University ha sviluppato una nuova architettura di calcolo neuromorfico che replica la struttura e le funzioni dei dendriti e delle sinapsi cerebrali. Questo innovativo sistema artificiale, presentato in un articolo pubblicato su Nature Electronics, si basa su un modello computazionale di transistor a nanofili di silicio multi-gate con film sol-gel drogati con ioni.

La maggior parte delle tecnologie neurali artificiali create finora si ispira principalmente all'attivazione dei neuroni, piuttosto che replicare la struttura complessiva degli elementi neurali e il loro ruolo nell'elaborazione delle informazioni. Questa nuova architettura, invece, mira a riprodurre più fedelmente la morfologia e le funzioni dei dendriti biologici.

Il "dendristor": un dispositivo che imita i dendriti biologici

Il cuore di questa nuova tecnologia è un dispositivo chiamato "dendristor", progettato per imitare la morfologia e le funzioni dei dendriti biologici. Il dendristor sfrutta la fisica dei transistor multi-gate rivestiti con un film sol-gel drogato con ioni per replicare i calcoli eseguiti dai dendriti.

"Questo film imita i rami dendritici consentendo agli ioni drogati di muoversi in modo simile agli ioni nei dendriti neuronali, modulando la corrente del transistor per riflettere i cambiamenti nel potenziale di membrana dendritico", spiega Eunhye Baek, uno degli autori corrispondenti dello studio. "La nostra ricerca dimostra che il dendristor esibisce un'integrazione dendritica non lineare e una selettività direzionale."

Sinapsi silenti artificiali e circuiti neurali per la percezione visiva

Oltre al dendristor, i ricercatori hanno introdotto una sinapsi silente artificiale. In questo sistema, la tensione dei rami del dendristor nel film sol-gel assicura che gli input sinaptici si attivino solo quando il film raggiunge una soglia specifica, migliorando così la capacità del sistema di discernere la direzione degli stimoli visivi in movimento.

Il team ha anche creato un circuito neurale dendritico neuromorfico in grado di calcolare la direzione dei segnali in movimento, ispirandosi ai circuiti neurali della retina e della corteccia visiva. Questo circuito dimostra la capacità di rilevare segnali in movimento in 2D e in profondità, integrandoli per ricostruire la direzione di movimento degli oggetti nello spazio 3D.

Vantaggi e prospettive future

Replicando fedelmente la connettività sparsa dei neuroni dendritici, questo nuovo approccio di calcolo neuromorfico raggiunge notevoli efficienze energetiche. Il sistema dimostra il potenziale per rilevare il movimento utilizzando meno neuroni rispetto alle reti neurali artificiali esistenti.

Il vantaggio chiave di questa nuova architettura è che va oltre la semplice replicazione degli aspetti funzionali dei neuroni biologici. A differenza di altre piattaforme di calcolo neuromorfico esistenti, riproduce anche la struttura e la connettività sparsa dei neuroni, inclusa la morfologia dei dendriti e i meccanismi alla base delle sinapsi silenti.

"Sebbene esistano vari approcci nella ricerca neuromorfica per realizzare l'intelligenza, il nostro studio mostra in modo unico l'importanza della morfologia neuronale e delle loro connessioni sinaptiche nell'elaborazione dinamica dei segnali", afferma Baek. "Abbiamo raggiunto questo risultato imitando il modo in cui i neuroni biologici formano circuiti neurali funzionali con

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