Beyin Davranışlarını Taklit Eden Yapay Nöron, Robotlarda İnsan Benzeri Farkındalığın Yolunu Açıyor

Bilim insanları, beynin farklı bölgelerinde görülen elektriksel davranışı tek başına taklit edebilen yeni bir transnöron (yapay nöron) geliştirdi. Çeşitli beyin bölgelerine ait ateşleme örüntülerini elektriksel darbeler aracılığıyla yeniden üretebilen cihaz, makinelerin çevreyi insanlar gibi algılaması ve çevresel değişimlere uyum sağlaması için atılmış en kayda değer adımlardan biri olarak görülüyor.

Geliştirilen transnöron, yalnızca tek bir işlevi yerine getirmekle sınırlı olan geleneksel yapay nöronlardan farklı bir yapı sergiliyor. Elektriksel ayarlarını değiştirerek görsel, motor ve premotor nöron davranışlarının arasında geçiş yapabiliyor. Çalışma, Loughborough Üniversitesi liderliğinde, Salk Enstitüsü ve Güney Kaliforniya Üniversitesi (USC) ortaklığıyla yürütüldü ve araştırmacılar cihazı doğrudan gerçek beyin davranışını taklit edecek şekilde tasarladı.

Loughborough Üniversitesi’nden Profesör Sergey Saveliev, tek bir yapay nöronun görsel, motor ve premotor davranışları taklit edebilmesinin, gelecekte minimum donanımla karmaşık görevler yerine getirebilen yeni nesil çiplerin geliştirilmesini mümkün kılabileceğini belirtiyor ve ekliyor: “Sonuçta, daha insan benzeri robotların önünü açıyor.”

Araştırma ekibi, cihazın performansını ölçmek için transnörona elektriksel sinyaller gönderdi ve oluşan darbeleri makak beyninin üç bölgesinden alınan nörofizyolojik kayıtlarla karşılaştırdı. Transnöron, düzenli ateşlemeden düzensiz patlamalara kadar uzanan geniş bir yelpazede, üç bölgeye ait darbe örüntülerini yüzde 100’e varan doğrulukla yeniden üretti.

Loughborough Üniversitesi’nden Profesör Alexander Balanov, küçücük elektriksel değişimlerin birimin farklı nöron türleri gibi davranması için yeterli olduğunu belirtiyor: “Ayrıca yapay nöronlarımızın baskı veya sıcaklık gibi çevresel değişimlere iyi yanıt verdiğini de biliyoruz.” Bu özellik, gelecekte yapay duyu sistemleri ve enerji açısından verimli bilişim teknolojilerinin geliştirilmesi için kritik bir avantaj olarak görülüyor.

Beyin Gibi Bilgi İşleme

Araştırmacılar, transnöronun yalnızca nöronal aktiviteyi taklit etmediğini; tıpkı biyolojik bir nöron gibi bilgiyi işleyebildiğini de ortaya koydu. Girdi sinyali değiştiğinde cihazın ateşleme hızı da değişti. Aynı anda iki sinyal verildiğinde ise cihaz, sinyallerin zamanlamasına bağlı olarak farklı tepkiler oluşturdu. Geleneksel yapay sinir devrelerinde bu yetenek için genellikle birden fazla yapay nöron gerekiyor.

Transnöronun esnekliği, memristor olarak adlandırılan nanoskobik bir bileşenden kaynaklanıyor. Elektrik akışıyla birlikte memristorun içindeki gümüş atomları küçük köprüler oluşturuyor veya kırılıyor; söz konusu fiziksel değişim elektriksel darbelere dönüştüğü için sistem yazılıma ihtiyaç duymadan davranış değişikliği gösterebiliyor. Sıcaklık, voltaj ve dirençteki değişimler darbe özelliklerini değiştirerek nöron rolünün dinamik biçimde dönüşmesini sağlıyor.

Salk Enstitüsü’nden Dr. Sergei Gepshtein, geleneksel bilgisayarların bilgiyi katı adım dizileriyle işlediğini hatırlatarak “Transnöronumuz, yalnızca beyin benzeri aktiviteyi yazılımda simüle eden değil, gerçekten beyin benzeri şekilde çalışan donanıma bizi yaklaştırıyor.” diyor.

Robotik Sinir Sistemlerine Doğru

Araştırma ekibinin bir sonraki hedefi, transnöronlardan oluşan geniş ölçekli ağlar geliştirerek “çip üzerinde korteks” üretmek. USC’den Profesör Joshua Yang, “Bu çalışma, yapay sinir sistemlerine sahip robotlar inşa etme yolunda küçük ama önemli bir adım anlamına geliyor.” Yang, bu tür sistemlerin verimli, ömür boyu öğrenme yeteneğini destekleyebileceğini ve enerji kullanımını azaltabileceğini vurguluyor.

Loughborough Üniversitesi’nden Dr. Pavel Borisov, transnöron temelli sistemlerin gelecekte insan sinir sistemiyle doğrudan arayüz oluşturabileceğini veya bilinci incelemek için bilim insanlarına yeni yollar sağlayabileceğini ifade ediyor.

Çalışma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: http://interestingengineering.com/innovation/transneuron-robot-human-like-sensing