Биологиялык нейрондордун электрдик функцияларына окшош биринчи жасалма нейрондорду жаратышканын АКШдагы Массачусетс университетинин Амхерсттеги филиалы жарыялады.
Университеттин маалыматында көргөзүлгөндөй, алардын инженерлер тобу алгачкы жасалма нейрондорду жаратууда электр энергиясын пайда кылган бактериялар менен синтезделген белок нано-жипчелерди колдонуу боюнча мурдагы изилдөөлөрүнө таянышты.
Алардын азыркы илимий жетишкендиги жандуу клеткалар менен ич ара түздөн-түз аракеттене ала турган, биологиялык принциптерге негизделген жана абдан эффективдүү компьютерлерди курууга жол ачышы мүмкүн.
“Биздин мээ абдан чоң көлөмдөгү маалыматты иштетет. Бирок анын энергияны колдонушу ChatGPT сыяктуу Чоң тил моделин (LLM) иштетүү үчүн керектелген электр энергиясынын көлөмү менен салыштырганда абдан эле аз”,- дейт изилдөөнүн башкы авторлорунун бири, Массачусетс Амхерст университетинин (University of Massachusetts Amherst) электр жана компьютердик инженерия багытындагы магистранты Шуай Фу (Shuai Fu).
Ал авторлош болгон изилдөөнүн өзү Nature Communications журналында жарыяланган.
Адамдын организми электрдик жактан компьютердин электр чөйрөсүнө караганда 100 эседен ашык эффективдүү.
Адам мээсинде миллиондогон эмес, миллиарддаган нейрондор бар. Алар атайын клеткалар катары бүткүл организм боюнча электрдик сигналдарды жөнөтүшөт жана кабыл алышат.
Мисалы, сиздин мээңиз бир окуяны жазуу үчүн болгону 20 ватт энергия сарптаса, Чоң тил модели (LLM) ошол эле тапшырманы аткаруу үчүн бир мегаваттан да көп электр энергиясын колдонушу ыктымал.
Массачусетс Амхерст университетинин маалыматында белгиленгендей, электр жана компьютер инженерлери жасалма нейрондорду эффективдүү компьютерлердин схемалары катары колдонууга көптөн бери кызыгып келишкен.
Бирок, көйгөй алардын чыңалуусун жетишерлик төмөн деңгээлде кармап туруу маселесинде эле.
Жаңы жана жасалма нейрондун артыкчылыгы
“Жасалма нейрондордун мурдагы версиялары биз жараткан нейронго салыштырмалуу чыңалууну 10 эсе жана кубатты 100 эсе көп талап кылган. Биздин нейрон болгону 0,1 вольтту гана каттайт, бул биздин организмдеги нейрондордун чыңалуусуна дээрлик окшош”, – дейт Массачусетс Амхерст университетинин электр жана компьютердик инженерия боюнча доценти, изилдөөнүн улук автору Цзюнь Яо (Jun Yao).
Илимпоз авторлордун ишениминде, жаңы жасалма нейрондордун колдонуу чөйрөсү абдан кеңири.
Мисалы, биологиялык принциптерге негизделген компьютерлерден тартып, адамдын организми менен түз байланышта иштей алган электрондук түзмөктөрдү долбоорлоп, жасоого чейин.
“Бизде азыр кийилүүчү электрондук, сенсордук системалардын ар кандайлары бар. Бирок, салыштырмалуу оор жана натыйжасыз. Алар денебизден келген сигналды кармаганда, аны компьютер талдай алышы үчүн сөзсүз электр аркылуу күчөтүү керек.
Бул аралык күчөтүү кадамы энергия керектөөнү жана схеманын татаалдыгын көбөйтөт, ал эми биздин төмөн чыңалуудагы нейрондорго негизделген сенсорлор күчөтүүсүз эле иштей алат”,- деп кошумчалады илимпоз Цзюнь Яо.
Массачусетс Амхерст университетинин маалыматында айтылгандай, энергияны аз керектеген жаңы нейрондогу жашыруун ингредиент – электр өндүрүүчү өзгөчө жөндөмгө ээ Geobacter sulfurreducens бактерияларынан синтезделген белок нано-жипчелери.
Университеттин илимпоздору буга чейин ушул бактериялардын белок нано-жипчелерин колдонуп, өтө эффективдүү түзмөктөрдүн бир катарын жаратышкан.
Алар: тер менен иштеп, жеке электрониканы кубаттай алган биопленка, ооруларды аныктай алган “электрондук мурун”, ошондой эле дээрлик каалаган материалдан жасалып жана абадагы нымдуулуктан электр энергиясын үзгүлтүксүз ала алган түзмөк.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Нейрон же нерв клеткасы – нерв системасынын негизги структуралык жана функционалдык бирдиги. Ал электр жана химиялык сигналдарды өткөрөт. Нейрондор тышкы жана ички чөйрөдөн келген маалыматты иштеп чыгат жана өткөрөт, бул организмге стимулдарга жооп берүүгө жана ойлоо, кыймыл жана кабылдоо сыяктуу функцияларды аткарууга мүмкүндүк берет. Адам мээси болжол менен 86 миллиард нейронду камтыйт. Бул сан ар кандай түрлөрдөгү мээ клеткаларын саноо ыкмасын иштеп чыккан илимпоз Сузана Херкулано-Уэлзелдин (Suzana Herculano-Houzel) изилдөөлөрү аркылуу аныкталган. Бул ачылыш ага чейинки жана тастыкталбаган 100 миллиард нейрон деген божомолду алмаштырган.
Geobacter sulfurreducens – бардык жерде кездешүүчү жана темирди азайта алган бактерия. Ал топуракта жашайт, ал эми инженердик системаларда электрод аркылуу «дем алып», электр тогун жарата алат. Анын уникалдуу метаболизми цитохромдор деп аталган белоктор тармагына көз каранды. Бул тармак клетканын ичинде же клетка менен тышкы чөйрөнүн ортосунда электрондорду өткөрүп турууга жардам берет. Geobacter sulfurreducens бактериялары атайын курамдагы клеткаларды талап кылат.
Белок нано-жипчелери – абдан ичке жана электр өткөргөн белоктон жасалган жипчелер. Алар айрым бактериялардан алынат же лабораторияда жасалышы мүмкүн. Бул жипчелерди нымдуулуктан энергия ала турган түзүлүштөрдү, сезгич сенсорлорду жана биологиялык электроника компоненттерин жасоо үчүн колдонсо болот. Максат – биологиялык системалар менен иштей турган, экологияга зыян келтирбеген натыйжалуу электроника жасоо.
Биологиялык компьютерлер – тирүү клеткалардан жасалуучу компьютерлер. Алар электр зымдарынын жана сигналдардын ордуна химиялык сигналдарды жана белок, ДНК сыяктуу биологиялык молекулаларды колдонушат. Стол компьютерине окшош, бул органикалык компьютерлер маалыматка жооп бере алышат жана аны иштеп чыгышат. Биологиялык компьютерлер азырынча жөндөмү жагынан кадимки заманбап компьютерлерден алыста болсо да, изилдөөчүлөрдүн аны логикалык операция аткара алганына жетишкендиги чоң ийгилик катары бааланып келет.
Шилтемелер:
- Маалымат макала Массачусетс Амхерст университетинин https://www.umass.edu/news/article/umass-engineers-create-first-artificial-neurons-could-directly-communicate-living интернет баракчасындагы маалыматтын негизинде жазылды.
- Маалымат макалага негиз болгон изилдөө Nature Communications журналында https://www.nature.com/articles/s41467-025-63640-7 жарыяланган.
- Сүрөт unsplash.com сайтынан алынды, автору Junpeng Ouyang.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
