Article.
Une synapse artificielle pour une future connexion avec
des neurones vivants
Jean-Paul Baquiast 06/04/2017
Image (Left)
Illustration of a synapse in the brain connecting two neurons.
(Right) Schematic of artificial synapse (ENODe), which functions
as a transistor. It consists of two thin, flexible polymer
films (black) with source, drain, and gate terminals, connected
by an electrolyte of salty water that permits ions to cross.
A voltage pulse applied to the “presynaptic” layer
(top) alters the level of oxidation in the “postsynaptic
layer” (bottom), triggering current flow between source
and drain. (credit: Thomas Splettstoesser/CC and Yoeri van
de Burgt et al./Nature Materials)
Nous avions mentionné
dans un article précédent les études
récentes concernant le rôle des dendrites dans
le fonctionnement « intelligent »
du cerveau. Une dendrite est le prolongement filamenteux
du noyau du neurone lui permettant de communiquer avec ses
voisins. Cette communication se fait par l'intermédiaire
des synapses, ou boutons terminaux, qui transmettent l'influx
nerveux d'une dendrite à l'autre.
Dans la mesure où l'on
voudra communiquer prochainement avec des neurones, pour
leur transmettre des informations produites artificiellement
leur permettant de s'intégrer à d'éventuels
ensembles mixtes cerveau vivant – cerveau artificiel,
il sera important de réaliser des synapses artificielles
jouant ce rôle d'interface.
C'est ce que viennent de réussir
des chercheurs de la Stanford University et des Sandia National
Laboratories. Ils ont développé une synapse
artificielle fonctionnelle basé sur un nouveau memristor
ou élément de mémoire artificielle
(voir https://en.wikipedia.org/wiki/Memristor),
conçu pour reproduire la façon dont les synapses
fonctionnent dans le cerveau. Ils ont publié à
ce sujet un article dans la Revue Nature Materials (Cf référence
ci-dessous).
Il s'agit d'un nouveau dispositif
électrochimique baptisé ENODe capable de fonctionner
avec des courants de faible intensité, et sans produire
de bruits parasites, comme le font les memristors actuels.
Il devrait pouvoir être utilisé pour construire
de véritables cerveaux artificiels, ou communiquer
avec des neurones dans les systèmes nerveux vivants.
L'article dans Nature en donne la description. Nous y renvoyons
évidemment le lecteur.
De même que les liaisons
dans le cerveau se renforcent à l'usage, il est possible
de programmer cette synapse artificielle en la déchargeant
et la rechargeant de façon répétitive.
Après un certain nombre de ces processus, les chercheurs
peuvent prédire son fonctionnement avec 1% d'erreurs.
Cette synapse artificielle,
dont un seul exemplaire existe à ce jour, pourra
composer un calculateur simulant le cerveau et son fonctionnement.
Il serait particulièrement efficace dans les processus
de reconnaissance visuelle ou vocale qui seront indispensables
à la conduite des véhicules sans chauffeurs.
Un transistor actuel ou digital ne peut qu'être dans
un état 0 et un état 1. La nouvelle synapse
artificielle pourrait comporter 500 états. Ceci la
rendra particulièrement efficace dans les calculateurs
simulant le comportement des neurones. Inutile de développer
ici les nombreuses perspectives de communication avec les
systèmes nerveux vivants qu'ouvrira la réalisation
à grande échelle de telles synapses artificielles
Abstract
A
non-volatile organic electrochemical device as a low-voltage
artificial synapse for neuromorphic computing
The brain is capable
of massively parallel information processing while consuming
only ~1–100?fJ per synaptic event. Inspired by the
efficiency of the brain, CMOS-based neural architectures
and memristors are being developed for pattern recognition
and machine learning. However, the volatility, design complexity
and high supply voltages for CMOS architectures, and the
stochastic and energy-costly switching of memristors complicate
the path to achieve the interconnectivity, information density,
and energy efficiency of the brain using either approach.
Here we describe an electrochemical neuromorphic organic
device (ENODe) operating with a fundamentally different
mechanism from existing memristors. ENODe switches at low
voltage and energy (<10?pJ for 103?µm2 devices),
displays >500 distinct, non-volatile conductance states
within a ~1?V range, and achieves high classification accuracy
when implemented in neural network simulations. Plastic
ENODes are also fabricated on flexible substrates enabling
the integration of neuromorphic functionality in stretchable
electronic systems. Mechanical flexibility makes ENODes
compatible with three-dimensional architectures, opening
a path towards extreme interconnectivity comparable to the
human brain.
Références
* A non-volatile organic electrochemical
device as a low-voltage artificial synapse for neuromorphic
computing http://www.nature.com/nmat/journal/v16/n4/full/nmat4856.html
* Sur ce sujet, voir aussi
Stanford researchers create a high-performance, low-energy
artificial synapse for neural network computing
http://news.stanford.edu/2017/02/20/artificial-synapse-neural-networks/
Automates
Intelligents s'enrichit du