أعلن فريق من جامعة ساراتوف الوطنية للبحوث الحكومية (سГУ) عن ابتكار عصبون إلكتروني صناعي يُحاكي النشاط العصبي للدماغ البشري، يمكن استخدامه في أبحاث الدماغ ، والذكاء الاصطناعي، والواجهات العصبية، والأطراف الصناعية الذكية.

نُشرت نتائج البحث في المجلة العلمية الدولية Chaos, Solitons & Fractals، وأكدت أن الابتكار الجديد أبسط وأقل تكلفة وأكثر كفاءة من معظم النماذج المشابهة عالميا.

عصبون إلكتروني على غرار نموذج "فيتزهو–ناجومو"

قام الباحثون من قسم التحليل المنظومي والتحكم الآلي بتصميم مولّد إلكتروني للنشاط العصبي يعتمد على نموذج فيتزهو–ناجومو (FitzHugh–Nagumo)، وهو نموذج رياضي يُستخدم لوصف ديناميكيات الخلايا العصبية.

عمل العلماء على تبسيط الدائرة الإلكترونية بإزالة العناصر الزائدة والمصادر الكهربائية المتكررة، ما أدى إلى خفض استهلاك الطاقة مع الحفاظ على الأنماط الديناميكية الحيوية المهمة، مثل أنماط النشاط النبضي التي تميز الخلايا العصبية الحقيقية.

تحسينات تقنية مبتكرة

قال ليف تاكايشفيلي، الباحث في قسم التحليل المنظومي والتحكم الآلي في جامعة ساراتوف: "بعد أن أزلنا معظم المكونات غير الضرورية من الدائرة، ابتكرنا حلاً ذكيا باستخدام ديود داخل دائرة المضخم التشغيلي، مما حسن أداء الجهاز بشكل ملحوظ.

قمنا ببناء منحنيات الجهد والتيار، ودرسنا علاقة سعة الإشارة بمقاومة المتغيرات، ما سمح لنا بتعديل أنماط توليد النبضات بسهولة."

تطوير متكامل من النمذجة إلى التنفيذ

أوضح الأستاذ إيفان سيسوييف، أستاذ قسم التحليل المنظومي والتحكم الآلي، أن الفريق أتم دورة تطوير كاملة للعصبون الصناعي:

نموذج رياضي لوصف سلوك الخلية العصبية.

نموذج محاكاة إلكتروني باستخدام برنامج ngSPICE.

تطبيق فعلي تم من خلال تصنيع أربعة أجهزة أولية بالفعل.

وأضاف سيسوييف أن المشروع نجح في تحقيق ثلاث أهداف رئيسية:

1. تبسيط البنية الإلكترونية مع الحفاظ على الخصائص العصبية الأساسية.

2. تحسين الطابع النبضي للإشارات ليصبح مشابها لأنماط الخلايا العصبية الطبيعية.

3. توفير مرونة تركيبية (Modularity) تتيح تعديل شكل الإشارات بتغيير عدد الديودات في الدائرة، لتقليد أنماط مختلفة من خلايا الدماغ مثل الخلايا الهرمية، والخلايا البينية، وخلايا الشبكة العصبية.

نحو ذكاء اصطناعي أكثر واقعية وحياة إلكترونية محتملة

أوضح البروفيسور فلاديمير بونومارينكو، أستاذ قسم النمذجة الديناميكية والهندسة الطبية الحيوية في الجامعة، أن هذا الابتكار يمكن أن يفتح آفاقا واسعة في عدة مجالات، منها:

الذكاء الاصطناعي القادر على تقليد سلوك الدماغ الحقيقي.

الواجهات العصبية والأطراف الصناعية التي تتفاعل مباشرة مع الإشارات العصبية.

أبحاث الدماغ لفهم آليات التفكير والإدراك.

وأضاف: “أحد أكثر التطبيقات إثارة هو إمكانية إنشاء حياة اصطناعية. فعلى الرغم من أن محاكاة دماغ الثدييات بالكامل ما تزال بعيدة المنال، إلا أن نمذجة الجهاز العصبي لكائنات صغيرة مثل الديدان أو ذباب الفاكهة أصبحت ممكنة بفضل هذه التقنية.

نأمل خلال 12 إلى 15 عاما أن نتمكن من بناء كائنات إلكترونية شبه حية تعمل بشبكات عصبية صناعية بالكامل.”

تطبيقات مستقبلية متعددة التخصصات

يخطط العلماء لمواصلة تطوير خصائص العصبون الصناعي وتحسين قدرته على الاندماج في أنظمة أعقد تشمل:

الطب الحيوي لمراقبة النشاط العصبي.

الروبوتات الذكية التي تتعلم وتتفاعل بطرق تشبه الدماغ.

أبحاث الفيزياء الحيوية لتفسير الأنماط العصبية.

ويؤكد الفريق أن المشروع يجمع بين جهود المهندسين، والمبرمجين، والرياضيين، وعلماء الأحياء والأطباء، مما يجعله نموذجا للتعاون العلمي المتعدد المجالات.