![\"\"](\"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/wp-content\/uploads\/2014\/08\/1.jpg\" "\\"1\\"")
<\/a>Kunstniku n\u00e4gemus signaale edastavatest neuronitest. Pilt:iStock\/Henrik5000<\/p><\/div>\n
Inimaju koosneb ligikaudu 100 miljardist neuronist, millest iga\u00fcks saab teistelt neuronitelt tuhandete v\u00e4ikeste \u00fchenduste ehk s\u00fcnapsite kaudu elektrilisi signaale. Kui s\u00fcnapsitelt tulevate signaalide kogusumma \u00fcletab mingi kindla piirv\u00e4\u00e4rtuse, neuron ,,kiirgab,\u201d saates teistele neuronitele terve hulga k\u00f5rgema pingega signaale. Seega v\u00f5ib \u00f6elda, et neuronid on ,,ergastatavad\u201d: allpool mingit kindlat sisendsignaali piirv\u00e4\u00e4rtust on s\u00fcsteemi v\u00e4ljund v\u00e4ga v\u00e4ike ja lineaarne; piirv\u00e4\u00e4rtusest k\u00f5rgemal muutub see aga suureks ja mittelineaarseks.<\/p>\n
Tehisaju valmistamine<\/strong><\/p>\n Teadlased on juba aastaid proovinud valmistada tehislikke neuroneid, mis suudaksid j\u00e4ljendada aju tohutut arvutusv\u00f5imet. Nimelt ei saa aju v\u00f5imeid v\u00f5rrelda mitte \u00fchegi olemasoleva digitaalse arvutiga. Suur osa teadlaste p\u00fc\u00fcetest on keskendunud r\u00e4nikiipidele, samas kui m\u00f5ned teadlasgrupid on uurinud ka innovatiivsemaid l\u00e4henemisi, n\u00e4iteks \u00fclijuhtseadmete omadusi \u00e4ra kasutavaid nn Josephsoni \u00fchendusi (ingl. k. Josephson junctions).<\/p>\n K\u00f5ige hiljutisem uurimus ei kasuta aga \u00fcldsegi elektroonikat ning s\u00f5ltub vaid optikast. CNRS Fotoonikalabori teadlane Sylvain Barbay koos oma kolleegidega kasutasid n\u00f6 mikrosammastest laserit. See 10 mikromeetrise k\u00f5rguse ja vaid paari mikronilise l\u00e4bim\u00f5\u00f5duga silindrikujuline seade koosneb substraadile sadestatud pooljuhtmaterjali vahelduvatest kihtidest. Need kihid tekitavad laseri aktiivaine, mida piiravad kaks paralleelset peeglit, ning ala, mis neelab madala intensiivsusega valgust kuid laseb k\u00f5rgema intensiivsusega valgust vabalt l\u00e4bi.<\/p>\n Kiire kiirgamine<\/span><\/p>\n Seadme neuronisarnaste omaduste demonstreerimiseks pumpasid teadlaselt seadet optiliselt 794 nanomeetrise lainepikkusega valgust kiirgava dioodlaseriga ning ergastasid seda veelgi 800 nanomeetrise lainepikkusega valgust kiirgava titaan-safiirlaseriga. Viimati nimetatud laseri \u00fche impulsiga suudeti demonstreerida ergastamist, kus seade kiirgas vaid siis, kui sisendlaseri impulsid j\u00e4id k\u00f5igest m\u00f5ne k\u00fcmnendiku nanod\u017eauli piiresse. See k\u00f5ik toimus vaid 200 pikosekundi jooksul. Seega on antud tehislik neuron palju kiirem kui selle bioloogilised ja elektroonilised konkurendid, millede reaktsiooniaeg j\u00e4\u00e4b millisekundi skaalasse.<\/p>\n Titaan-safiirlaseri impulsipaaride abil \u00f5nnestus Barbayl ja kolleegidel seej\u00e4rel demonstreerida oma neuronit imiteeriva seadme teist fundamentaalset omadust: minimaalne ajavahe j\u00e4rjestikuste kiirgamiste vahel. Ilma selle vaheta muutuks neuroni tegevus korratuks, kusjuures tekkiv m\u00fcra p\u00f5hjustaks j\u00e4rgmiste impulsside tekke. Uurimisgrupp leidis, et kui seadet pumbata kahe, \u00fcksteisest v\u00e4hem kui 150 pikosekundiga eraldatud impulsiga, kiirgas see vaid \u00fche korra. Sellist kahe impulsi vahelist aega nimetatakse absoluutseks taastumisperioodiks (ingl. k. absolute refractory period). Antud seadmel on ka osalise taastumise periood (ingl. k. relative refractory period), mis toimub esimese impulsi kohale j\u00f5udmisest 150 kuni 350 pikosekundit hiljem. Selle ajavahemiku jooksul on tekkiv kiirgumine n\u00f5rgem ning n\u00f5uab tugevamat sisendimpulssi kui p\u00e4rast 350 pikosekundi m\u00f6\u00f6dumist, mil seade kiirgab samamoodi nagu p\u00e4rast esimest sisendimpulssi.<\/p>\n S\u00fcsteemil on ,,m\u00e4lu\u201d<\/strong><\/p>\n ,,Sellist osalise taastumise perioodi pole optilistes s\u00fcsteemides varem t\u00e4heldatud,\u201d s\u00f5nas Barbay. ,,Selle n\u00e4htuse j\u00e4lgimine on v\u00e4ga huvitav, sest see v\u00f5imendab seadme sarnasust bioloogiliste neuronitega ning n\u00e4itab, et see justkui m\u00e4letaks oma varasemat olekut.\u201d<\/p>\n Barbay s\u00f5nul on teadlased siiski v\u00e4ga kaugel aju omadusi j\u00e4ljendava arvuti ehitamisest, sest meil pole v\u00f5imalik kahandada k\u00f5iki neuroneid \u00fchte mudelisse. Lisaks on neuronite ja \u00fchenduste arv ajus praegustest tehnoloogilistest v\u00f5imalustest kaugel ees. Antud t\u00f6\u00f6grupi seadme eelisteks on aga selle v\u00e4iksus ja kerge \u00fchendatavus, mille abil saaks valmistada v\u00e4iksemaid neuronite v\u00f5rgustikke.<\/p>\n Allikas: ,,Laser mimics biological neurone using light<\/a>”<\/p>\n