Brain-on-a-chip steeds geavanceerder

kijkmagazine

2018-01-25 16:19:01

chip

Een nieuwe techniek maakt het mogelijk om kunstmatige zenuwcellen zó met elkaar te laten communiceren dat ze dingen kunnen ‘onthouden’.

Ons brein is de meest ingewikkelde computer die er bestaat en eigenlijk weten we niet eens hoe het precies werkt. Het is wél bekend dat de hersenen rond de 80 miljard zenuwcellen – neuronen – bevatten. En elk neuron kan wel 15.000 verbindingen – synapsen – met andere zenuwcellen hebben, waarmee signalen door worden gegeven. Geen wonder dat het mensen nooit is gelukt om het brein precies na te maken.

Vooral de synapsen zijn lastig om na te bootsen. De signalen worden hier namelijk doorgegeven met ionen die vanuit het ene neuron terechtkomen in de synaps en daarna binden aan het volgende neuron. Deze veranderende ionenstroom maakt het nabootsen moeilijk. Maar wetenschappers hebben nu toch een nieuwe methode gevonden om kunstmatige synapsen op een chip te maken. Met deze methode kunnen ze voorspellen in welke richting de ionen schieten.

Supercomputer vs. chip

Een aantal jaar geleden lukte het één van de krachtigste supercomputers – die gelijk staat aan ongeveer 250.000 gewone computers bij elkaar – een simulatie te maken van wat er in een seconde in het brein gebeurde. De computer deed hier maar liefst 40 minuten over, maar wat hij weergaf was slechts één procent van wat er echt in de hersenen zou gebeuren. Dit om een beter beeld te geven hoe ingewikkeld het brein in elkaar zit.

Een computer werkt alleen binair – met enen en nullen – maar de chip met kunstmatige synapsen werkt analoog: niet alleen wel of geen ionenstroom in de synaps doet er toe, maar ook de grootte ervan. De richting en de grootte van de ionenstroom onthoudt de chip, waardoor een geheugen wordt gecreëerd.

Silicium germanium

Zo’n soort chip bestond al langer, maar nu kan de ionenstroom goed worden gecontroleerd. De synapsen waren eerst gemaakt van een siliciumdioxide (SiO2), een amorfe stof. Deze stof zorgde ervoor dat de ionen onvoorspelbare kanten op gingen.

Amir Zjajo, onderzoeker naar neuromorphic computing aan de Technische Universiteit Delft, legt uit dat de vernieuwing in het onderzoek het gebruik van een ander materiaal is. Nu wordt namelijk silicium germanium (SiGe) gebruikt, een materiaal waarvan de atomen wél netjes zijn gerangschikt, waardoor kan worden voorspeld waar de ionen heengaan.

Leren onthouden

Als laatste test heeft het team onderzocht of de chip ook dingen kan leren. Er zijn simulaties gedaan om verschillende handschriften te herkennen en hij deed dit met een zekerheid van wel 96 procent: bij de input van een bepaald handschrift werden (bijna) elke keer dezelfde neuronen geactiveerd.

Het einddoel is om een chip te ontwikkelen die een heel neuraal netwerk bevat en je overal mee naartoe kunt nemen. Dit zou een grote voortuitgang zijn in vergelijking tot een supercomputer. Best handig om een extra stel hersenen op zak te hebben.

Bronnen: Nature Materials, Science Alert, Phys, New Atlas

Lees ook:

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws