Оптоволокно, работающее как человеческая нервная система

20.04.2022

Ученые из сингапурского Центра прорывных фотонных технологий и британского Исследовательского центра оптоэлектроники создали действующую оптическую модель нейрона. Для этого они воспользовались особыми свойствами аморфного сплава на основе халькогенидов.

По сути, был синтезирован новый вид оптоволокна, способный менять прозрачность. Это дает возможность обеспечить условия распространения оптических сигналов, сходные с теми, которые существуют в человеческом мозге.

Воспользовавшись этим свойством, исследователи добились функциональности, повторяющей механизм распространения сигналов в аксонах и синапсах, тем самым доказав, что оптические аналоги нейронов могут демонстрировать функциональность, аналогичную работе мозга человека.

Оптоволокно для эксперимента было изготовлено из аморфного стекла, представляющего собой сплав сульфида галлия и оксида лантана. Для эмуляции функций химического синапса волокно поочередно облучается сбоку светом с разной длиной волны, вызывая так называемый фотонный синапс. В результате ученым удалось воспроизвести механизм химического распространения сигнала в нейронах.

В своей работе исследователи из Сингапура продемонстрировали ряд оптических аналогов функций мозга. Среди них - удержание состояния покоя и моделирование изменений электрической активности в нервной клетке при ее стимуляции.

Данное исследование может способствовать увеличению скорости и эффективности традиционных компьютерных систем. С появлением в новых версиях компьютеров механизмов адаптации и обучения, они смогут обрабатывать огромные объемы данных с намного меньшими затратами энергии.

Современные компьютеры, моделирующие работу нервных клеток, на 6-9 порядков менее эффективны по сравнению с биологическими системами. Для примера, моделирование пятисекундной работы мозга занимает 500 секунд машинного времени и требует 1,4 мегаватта энергии.

<< Назад: Механическая клавиатура HVER Stealth 20.04.2022

>> Вперед: Беспроводная 100-ваттная зарядка Honor Superfast 19.04.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Открыта молекула памяти 04.07.2024 Все мы храним в памяти яркие моменты нашего детства - первый поход в зоопарк или увлекательная поездка на велосипеде. Но как наши воспоминания могут сохраняться на протяжении всей жизни? Новое исследование международной группы ученых проливает свет на биологические механизмы долговременной памяти, и в центре этого открытия находится молекула под названием KIBRA. KIBRA действует как своего рода "клей" для других молекул, укрепляя формирование воспоминаний. Эта молекула размещается в синапсах, которые отвечают за хранение памяти, и служит "меткой" для ферментов, укрепляющих нейронные связи. Несмотря на постоянное обновление молекул в синапсах, воспоминания остаются благодаря KIBRA. Долгое время считалось, что память хранится в сети сильных и слабых синапсов, которые определяют взаимодействие нейронов. Однако молекулы в синапсах нестабильны: они постоянно перемещаются, изнашиваются и заменяются новыми. Это ставит вопрос: как воспоминания могут сохраняться годами и даже десятилетиями при таком обновлении? Ученые сосредоточились на роли KIBRA в формировании памяти, исследуя лабораторных мышей. Известно, что генетические вариации KIBRA у людей связаны с различиями в памяти. Особое внимание было уделено взаимодействию KIBRA с протеинкиназой M-зета (PKMzeta), ферментом, важным для укрепления синапсов. PKMzeta разрушается через несколько дней, но KIBRA действует как "метка", привязывая PKMzeta к сильным синапсам. При формировании воспоминаний активируются определенные синапсы, где избирательно размещается KIBRA. PKMzeta прикрепляется к KIBRA, что делает синапсы более устойчивыми. Сильные синапсы связываются с KIBRA, привлекая больше PKMzeta. Если связь KIBRA-PKMzeta разрушается, воспоминания стираются. Это подтверждает ключевую роль KIBRA в поддержке долговременной памяти. Ранее исследования показали, что случайное повышение уровня PKMzeta в мозге улучшает слабые или стертые воспоминания. Это явление оставалось загадкой, но теперь ясно, что KIBRA, действующая как "синаптическая метка", объясняет это. KIBRA связывается с сильными синапсами, поэтому повышение уровня PKMzeta усиливает только те воспоминания, которые связаны с KIBRA. Это исследование подтверждает гипотезу, предложенную Фрэнсисом Криком в 1984 году. Он предположил, что мозг может хранить воспоминания, несмотря на постоянные изменения на клеточном уровне, подобно "Кораблю Тесея" из древнегреческой мифологии. Этот корабль, в котором постоянно заменяли старые доски на новые, оставался тем же кораблем на протяжении многих лет. Воспоминания сохраняются годами, даже несмотря на замену поддерживающих их белков. Открытие молекулы KIBRA предоставляет новое понимание механизма долговременной памяти. KIBRA играет ключевую роль в закреплении воспоминаний, действуя как "клей" для других молекул и укрепляя нейронные связи. Это исследование открывает новые перспективы для изучения памяти и может привести к разработке новых методов лечения нарушений памяти.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026