Olyan mesterséges idegsejt, amely az agy nyelvén kommunikál, mint egy virtuális híd a biológiai intelligencia és a gépi tanulás között.

A legújabb innováció új távlatokat nyithat a bioelektronikai technológiák világában.

Az amerikai Massachusettsi Egyetem kutatói olyan mesterséges idegsejtet hoztak létre, amely nemcsak az emberi agyhoz hasonló módon működik, hanem annak elektromos nyelvét is képes "megérteni". A baktériumok által termelt fehérje nanovezetékekből készült neuron áttörést jelenthet az energiahatékony, biológiailag ihletett számítógépek fejlesztésében és az emberi testtel közvetlenül kommunikáló elektronikai rendszerek megalkotásában.

Az emberi agy a természet egyik leglenyűgözőbb alkotása: milliárdnyi idegsejt zökkenőmentes együttműködése révén hihetetlen mennyiségű információt képes feldolgozni mindössze 20 watt energiával – ami kevesebb, mint amennyit egy átlagos izzó fogyaszt. Ezzel szemben a modern mesterséges intelligencia-rendszerek, mint például a nagy nyelvi modellek, működtetése több megawattnyi energiát igényel, ami óriási eltérést mutat az agy hatékonyságához képest. A Massachusettsi Egyetem (UMass Amherst) mérnökei most azon dolgoznak, hogy csökkentsék ezt a jelentős különbséget egy új fejlesztés révén, amelyet a Nature Communications tudományos folyóiratban is bemutattak.

A kutatócsoport - Shuai Fu doktorandusz és Jun Yao villamosmérnök professzor vezetésével - olyan mesterséges idegsejtet épített, amelynek elektromos viselkedése szinte tökéletesen megegyezik az emberi neuronokéval. A kulcs az úgynevezett fehérje nanovezetékekben rejlik, amelyeket egy különleges, elektromos áramot termelő baktérium, a Geobacter sulfurreducens állít elő. Ezek a vezetékek lehetővé teszik, hogy az eszköz mindössze 0,1 voltos feszültségen működjön - éppen azon a szinten, amelyet az emberi idegsejtek is használnak.

Ez a fejlesztés igazi mérföldkőnek számít, mivel a régebbi mesterséges neuronok tízszer nagyobb feszültséget és százszor több energiát igényeltek. Ez nem csupán a biológiai rendszerekkel való integrációt nehezítette meg, hanem a gyakorlati alkalmazásokra is jelentős korlátozásokat rótt. Ezzel szemben az új, alacsony feszültségű modell képes közvetlenül kapcsolódni az élő sejtekhez és idegrendszeri hálózatok elektromos jeleihez, mindezt anélkül, hogy bármilyen káros mellékhatást idézne elő.

Jun Yao véleménye szerint ez a fejlesztés nemcsak az idegtudomány területén jelent forradalmi áttörést, hanem az elektronika és a számítástechnika jövőjét is radikálisan átalakíthatja. A jelenlegi elektronikus szenzorok és viselhető technológiák esetében a mérési adatok először felerősítést igényelnek, mielőtt a számítógép képes lenne azokat feldolgozni. Ez a folyamat azonban megnöveli az energiafelhasználást és a rendszer komplexitását. Ezzel szemben a mesterséges neuronokra alapozott szenzorok képesek a jelek amplifikáció nélküli feldolgozására, ami nemcsak gyorsabb és hatékonyabb működést eredményez, hanem biológiai szempontból is kompatibilisebb megoldásokat kínál.

A fehérje nanovezetékek alkalmazása nem ismeretlen a kutatócsoport számára, hiszen korábban már kifejlesztettek olyan innovatív megoldásokat, mint az izzadságból energiát nyerő biofilmek, a betegségek észlelésére szolgáló "elektronikus orr", illetve a levegőből energiát termelő eszközök. Most azonban egy új mérföldkőhöz érkeztek: először sikerült ezeket a biológiai vezetékeket integrálni egy mesterséges idegsejt áramkörébe, amely képes az agyhoz hasonló elektromos jelek generálására és fogadására.

A kutatók véleménye szerint ez a forradalmi technológia alapvetően átalakíthatja, ahogyan a mesterséges intelligencia és az emberi agy kapcsolatát vizsgáljuk. A jövőben olyan számítógépek fejlődhetnek ki, amelyek nem csupán biológiai modellek alapján működnek, hanem ténylegesen az idegrendszer nyelvén kommunikálnak. Ez nem csupán energiahatékonyságot jelent, hanem radikálisan új, eddig ismeretlen interakciókat is teremt az emberek és a gépek között. A mesterséges neuronok most először valóban "megszólaltak", és ezzel új dimenziókat nyitottak meg az agy és a technológia közötti kapcsolatban.