Các nhà nghiên cứu đạt được tiến bộ với máy tính thần kinh

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã báo cáo một thiết bị bộ nhớ mô phỏng thần kinh có kích thước nano mô phỏng các tế bào thần kinh và khớp thần kinh đồng thời trong một tế bào đơn vị. Tiến bộ mới này là một bước quan trọng để đạt được điện toán mô phỏng thần kinh có thể bắt chước bộ não con người bằng các thiết bị bán dẫn. 

Nghiên cứu được công bố trong Nature Communications.

Hiện thực hóa AI với máy tính thần kinh

Các chuyên gia đang nghiên cứu để sử dụng điện toán mô phỏng thần kinh để hiện thực hóa trí tuệ nhân tạo (AI) bằng cách bắt chước cơ chế của tế bào thần kinh và khớp thần kinh trong não người. Các máy tính hiện tại không thể cung cấp một số chức năng nhận thức nhất định của bộ não con người do một số hạn chế, nhưng tiềm năng của chúng đã được khám phá kỹ lưỡng. 

Như đã nói, các mạch thần kinh dựa trên chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) hiện tại kết nối các tế bào thần kinh nhân tạo và các khớp thần kinh mà không có tương tác hiệp đồng. Việc thực hiện các tế bào thần kinh và khớp thần kinh đã được chứng minh là khó khăn. 

Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Keon Jae Lee từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu đứng đầu đã triển khai các cơ chế hoạt động sinh học của con người bằng cách đưa các tương tác nơ-ron-khớp thần kinh vào một tế bào bộ nhớ. Điều này khác với cách tiếp cận truyền thống là kết nối điện các thiết bị thần kinh nhân tạo và khớp thần kinh. 

Thiết bị synap nhân tạo

Các thiết bị khớp thần kinh nhân tạo đã được nghiên cứu trước đây thường được sử dụng để tăng tốc các tính toán song song, điều này thể hiện sự khác biệt rõ ràng so với cơ chế hoạt động của bộ não con người. Bằng cách thực hiện các tương tác hiệp đồng giữa các nơ-ron và khớp thần kinh trong thiết bị bộ nhớ mô phỏng thần kinh, các cơ chế của mạng nơ-ron sinh học có thể được mô phỏng. Thiết bị thần kinh cũng có thể thay thế các mạch nơ ron CMOS phức tạp bằng một thiết bị duy nhất, giúp cải thiện khả năng mở rộng và tiết kiệm chi phí. 

Bộ não con người được tạo thành từ một mạng lưới phức tạp gồm 100 tỷ tế bào thần kinh và 100 nghìn tỷ khớp thần kinh, chức năng và cấu trúc của chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào các kích thích bên ngoài, cho phép chúng thích nghi với môi trường xung quanh. Thiết bị thần kinh do nhóm phát triển cho phép các ký ức ngắn hạn và dài hạn cùng tồn tại bằng cách sử dụng các thiết bị bộ nhớ dễ bay hơi và không dễ bay hơi bắt chước các đặc điểm của tế bào thần kinh và khớp thần kinh. Bộ nhớ khả biến được đại diện bởi một thiết bị chuyển đổi ngưỡng, trong khi bộ nhớ thay đổi pha được sử dụng như một thiết bị không khả biến. Với hai thiết bị màng mỏng được tích hợp mà không có điện cực ngay lập tức, khả năng thích ứng chức năng của tế bào thần kinh và khớp thần kinh có thể được triển khai trong bộ nhớ mô phỏng thần kinh. 

Giáo sư Lee cho biết: “Các tế bào thần kinh và khớp thần kinh tương tác với nhau để thiết lập các chức năng nhận thức như trí nhớ và học tập, vì vậy mô phỏng cả hai là yếu tố thiết yếu đối với trí tuệ nhân tạo lấy cảm hứng từ não bộ”. “Thiết bị bộ nhớ mô phỏng thần kinh được phát triển cũng bắt chước hiệu ứng đào tạo lại cho phép học nhanh thông tin đã quên bằng cách thực hiện hiệu ứng phản hồi tích cực giữa các tế bào thần kinh và khớp thần kinh.”