Un team internazionale guidato da scienziati dell’Università di Sydney ha dimostrato che le reti di nanofili possono mostrare sia la memoria a breve che a lungo termine come il cervello umano.
La ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista Science Advances , guidata dal dottor Alon Loeffler, che ha conseguito il dottorato di ricerca presso la School of Physics , con collaboratori in Giappone.
“In questa ricerca abbiamo scoperto che la funzione cognitiva di ordine superiore, che normalmente associamo al cervello umano, può essere emulata in hardware non biologico”, ha affermato il dott. Loeffler.
“Questo lavoro si basa sulla nostra precedente ricerca in cui abbiamo mostrato come la nanotecnologia potrebbe essere utilizzata per costruire un dispositivo elettrico ispirato al cervello con circuiti simili a reti neurali e segnali simili a sinapsi.
“Il nostro lavoro attuale apre la strada alla replica dell’apprendimento e della memoria simili al cervello in sistemi hardware non biologici e suggerisce che la natura alla base dell’intelligenza simile al cervello potrebbe essere fisica”.
Le reti di nanofili sono un tipo di nanotecnologia tipicamente costituito da minuscoli fili d’argento altamente conduttivi, invisibili a occhio nudo, ricoperti da un materiale plastico, che sono sparsi l’uno sull’altro come una rete. I fili imitano aspetti della struttura fisica in rete di un cervello umano.
I progressi nelle reti di nanofili potrebbero preannunciare molte applicazioni del mondo reale, come il miglioramento della robotica o dei dispositivi sensori che devono prendere decisioni rapide in ambienti imprevedibili.
“Questa rete di nanofili è come una rete neurale sintetica perché i nanofili si comportano come neuroni e i luoghi in cui si connettono tra loro sono analoghi alle sinapsi”, ha affermato l’autore senior Professor Zdenka Kuncic, della School of Physics.
«Invece di implementare una sorta di compito di apprendimento automatico, in questo studio il dott. Loeffler ha effettivamente fatto un ulteriore passo avanti e ha cercato di dimostrare che le reti di nanofili esibiscono una sorta di funzione cognitiva».
Per testare le capacità della rete di nanofili, i ricercatori gli hanno sottoposto un test simile a un compito di memoria comune utilizzato negli esperimenti di psicologia umana, chiamato compito N-Back.
Per una persona, l’attività N-Back potrebbe comportare il ricordo di un’immagine specifica di un gatto da una serie di immagini feline presentate in sequenza. Un punteggio N-Back di 7, la media per le persone, indica che la persona può riconoscere la stessa immagine che è apparsa sette passi indietro.
Quando applicato alla rete di nanofili, i ricercatori hanno scoperto che potrebbe “ricordare” un punto finale desiderato in un circuito elettrico sette passi indietro, il che significa un punteggio di 7 in un test N-Back.
“Quello che abbiamo fatto qui è stato manipolare le tensioni degli elettrodi terminali per forzare i percorsi a cambiare, piuttosto che lasciare che la rete faccia le sue cose. Abbiamo forzato i percorsi ad andare dove volevamo che andassero”, ha detto il dott. Loeffler.
“Quando lo implementiamo, la sua memoria aveva una precisione molto maggiore e non diminuiva realmente nel tempo, suggerendo che abbiamo trovato un modo per rafforzare i percorsi per spingerli dove li vogliamo, e quindi la rete lo ricorda.
“I neuroscienziati pensano che questo sia il modo in cui funziona il cervello, alcune connessioni sinaptiche si rafforzano mentre altre si indeboliscono, e questo è pensato per essere il modo in cui preferenzialmente ricordiamo alcune cose, come impariamo e così via.”
I ricercatori hanno affermato che quando la rete di nanofili viene costantemente rinforzata, raggiunge un punto in cui quel rinforzo non è più necessario perché le informazioni vengono consolidate nella memoria.
“È un po’ come la differenza tra la memoria a lungo termine e la memoria a breve termine nel nostro cervello”, ha detto il professor Kuncic.
“Se vogliamo ricordare qualcosa per un lungo periodo di tempo, dobbiamo davvero continuare ad allenare il nostro cervello per consolidarlo, altrimenti svanisce nel tempo.
“Un compito ha dimostrato che la rete di nanofili può memorizzare fino a sette elementi in memoria a livelli sostanzialmente superiori a quelli casuali senza addestramento di rinforzo e precisione quasi perfetta con addestramento di rinforzo”.
