Прототип на основе микроэлектронных мемристоров полностью имитирует электрическую активность нервных клеток, приближаясь по энергоэффективности и быстродействию к природным аналогам. Мемристоры выполняют функцию ионных каналов: обеспечивают передачу сигнала и воспроизводят динамику клеток мозга. Мемристоры могут выполнять функции и нейронов, и синапсов, что позволяет создавать на их основе ключевые элементы искусственных нейросетей, открывая путь к разработке миниатюрных нейроинтерфейсов, расширяющих или восстанавливающих функции биологических нейросетей.

«Повреждённые нейроны восстанавливаются медленно. С помощью мемристоров можно создавать устройства, которые ускорят регенерацию. Они будут обрабатывать сигналы мозга и стимулировать активность нервных клеток в режиме реального времени. Например, нейрочип с десятками биоподобных нейронов перспективен для восстановления повреждённых нейросетей спинного мозга. Высокая скорость обработки сигналов у мемристоров позволяет создать нейроинтерфейсы, которые будут предсказывать приступы эпилепсии, опережая вспышку патологической нейронной активности», – рассказал автор исследования, младший научный сотрудник лаборатории стохастических мультистабильных систем Университета Лобачевского Иван Кипелкин.

Мемристорный нейрон учёных ННГУ им. Н.И. Лобачевского создан на основе одной из известных упрощённых математических моделей, что позволит исследователям сделать более экономичными и эффективными аппаратные реализации таких устройств.

Прототипы мемристорных микросхем уже разрабатываются в лаборатории мемристорной наноэлектроники ННГУ совместно с технологическими партнёрами – НИИИС им. Ю.Е. Седакова и АО «НИИМЭ».

«Качество наших мемристоров на уровне мировых лабораторий, при этом теоретические модели мы сразу проверяем на практике. Следующим шагом планируется построить нейросеть из 28 мемристорных нейронов на одном чипе для моделирования функциональности спинного мозга», – рассказал автор исследования Иван Кипелкин.

Работа выполнена междисциплинарным коллективом ННГУ в рамках Научной программы Национального центра физики и математики (г. Саров). Результаты опубликованы в ведущем журнале в области нейронаук Frontiers in Neuroscience.