Как обучить мемристорную сеть

В рамках европейского проекта «Новые и будущие технологии» создано органическое мемристорное устройство, которое успешно имитирует адаптивный процесс, протекающий в высшей нервной системе живых организмов (например, в головном мозге человека).

Мемристор, пассивный элемент, изменяющий своё сопротивление в зависимости от направления тока и количества прошедшего заряда, при отсутствии тока сохраняет (запоминает) значение своего последнего сопротивления, чем напоминает биологический синапс.

Исследователи под руководством Виктора Ерохина из Университета Пармы (Италия) объединили проводящие полимерные транзисторы в самоорганизующуюся стохастическую трёхмерную сеть, напоминающую случайное распределение нейронов и связей между ними в головном мозге. После чего показали, что такая сеть способна имитировать процесс «детского» и «взрослого» обучения, протекающего в головном мозге, когда устойчивые ассоциации и динамические адаптации становятся результатом соответствующих тренировочных процедур.

Вот так итальянские дети и иностранцы едят спагетти. (Иллюстрация Victor Erokhin / University of Parma.)

«Детское» обучение заключается в создании стабильных каналов, которые практически никогда не блокируются входящей информацией (стимулами). Для того чтобы имитировать «детский» тип обучения (импринтинг), учёные применили однозадачный тренинг, приведший к формированию параллельных сигнальных путей, которые практически не меняются под действием дальнейшего обучения.

Во взрослой жизни человек находится под постоянным прессом множества стимулов, что приводит к появлению динамического равновесия сигнальных путей. Следовательно, в случае «взрослого» типа обучения существующие связи могут меняться при помощи тренинга. В частности, авторы работы применили многозадачный тренинг, результатом которого стало формирование нескольких параллельных подходов к каждой задаче, легко модифицируемых дальнейшим обучением.

Помогая нам точнее уяснить суть исследования, г-н Ерохин, уже немало проживший в Италии, проводит аналогию с тем, как надо есть спагетти (см. иллюстрацию): сверху — основные компоненты мемристорного устройства; снизу слева — итальянские дети учатся тому, что спагетти можно есть только с помощью вилки (устойчивая ассоциация); иностранцы, живущие в Италии, также могут есть спагетти вилкой, однако, вернувшись на родину, вновь могут начать использовать ложку, что является примером динамической адаптации (снизу справа).

Подробнее о результатах работы можно узнать из статьи, опубликованной в Journal of Materials Chemistry.

Подготовлено по материалам Chemistry World.