Crean un material que imita cómo el cerebro almacena la información

Crean un material que imita cómo el cerebro almacena la información

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Crean un material que imita cómo el cerebro almacena la información

El material magnético emula el aprendizaje que ocurre en el cerebro durante el sueño profundo.
Computación neuromórfica y concepto de funcionamiento cerebral.
Computación neuromórfica y concepto de funcionamiento cerebral.

 

Los investigadores han desarrollado un material que puede replicar la forma en que el cerebro almacena información. El material funciona copiando las sinapsis de las neuronas, lo que le permite imitar el aprendizaje que ocurre durante el sueño profundo. El equipo de investigadores de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) construyó el material magnético utilizando un tipo de computación llamada computación neuromórfica.

La computación neuromórfica es un concepto informático que utiliza neuronas artificiales para imitar el comportamiento del cerebro y las funciones sinápticas, o señales de comunicación, de las neuronas. Una imitación de la función cerebral es la plasticidad neuronal , que es la “capacidad de almacenar información u olvidarla en función de la duración y repetición de los impulsos eléctricos que estimulan las neuronas”, tal y como se afirma en el estudio. Esta forma de plasticidad está relacionada con la memoria y el aprendizaje dentro del cerebro.

El estudio fue publicado en la revista Materials Horizons .

Materiales que emulan el aprendizaje

El equipo de investigación descubrió ciertos materiales que imitan las sinapsis neuronales. Los materiales incluyen materiales memresistivos (memoria electrónica), ferroeléctricos, materiales con memoria de cambio de fase, aislantes topológicos y materiales magneto-iónicos. El equipo notó que los materiales magneto-iónicos eran los materiales más recientes y están formados por cambios en las propiedades magnéticas que se producen por el movimiento de iones o átomos dentro del material.

El movimiento se produce aplicando un campo eléctrico a los iones. En los materiales magneto-iónicos, los investigadores saben cómo se controla el magnetismo cuando se aplica un campo eléctrico, pero es difícil controlar la progresión de las propiedades magnéticas cuando se detiene el voltaje. Esto hace que sea difícil imitar el funcionamiento del cerebro, como el proceso de aprendizaje que ocurre incluso cuando el cerebro está en un estado de sueño profundo y no tiene estimulación externa.

La investigación

El estudio ha sido liderado por los investigadores del Departamento de Física de la UAB Jordi Sort y Enric Menéndez, en colaboración con el Sincrotrón ALBA, el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y el ICMAB. El equipo propuso una forma novedosa de controlar la evolución de la magnetización en los estados de funcionamiento cerebral estimulado y posterior al estímulo.

Se creó un nuevo material que tenía una fina capa de mononitruro de cobalto (CoN). Cuando se aplicó un campo eléctrico, se pudo controlar la acumulación de iones N (nitrógeno) en la línea entre la capa y un electrolito líquido. “El nuevo material funciona con el movimiento de iones controlado por voltaje eléctrico, de forma análoga a la de nuestro cerebro, y a velocidades similares a las que se producen en las neuronas, del orden de milisegundos”, explica Jordi Sort, profesor de investigación de ICREA y Enric Menéndez, profesor titular de Serra Húnter en el Departamento de Física de la UAB.

Crean un material que imita cómo el cerebro almacena la información
Investigadores (de izquierda a derecha) Jordi Sort, Enric Menéndez y Zhengwei Tan en el laboratorio de la UAB.

“Hemos desarrollado una sinapsis artificial que en el futuro puede ser la base de un nuevo paradigma informático, alternativo al que utilizan los ordenadores actuales”, prosiguen Sort y Menéndez. El equipo descubrió que podían emular procesos como la memoria, el procesamiento de información y la recuperación de información mediante la aplicación de pulsos de voltaje. Además, por primera vez, podrían imitar la actualización controlada de información sin aplicar voltaje. El control utilizado en el estudio se creó modificando el grosor de las capas de mononitruro de cobalto (CoN), que determina la velocidad del movimiento de los iones, y la frecuencia de los pulsos de los voltios.

La configuración del material permite controlar las propiedades magnetoiónicas tanto cuando se aplica el voltaje como cuando se quita el voltaje. Una vez que el estímulo de voltaje retrocede, la magnetización se puede aumentar o disminuir, según el grosor del material y cómo se aplicó el voltaje.

Los resultados del estudio

El nuevo resultado del material abre toda una gama de posibilidades para las funciones de computación neuromórfica, creando eficiencia en la percepción, el aprendizaje y la memoria utilizando redes neuronales. El ejemplo dado es la posibilidad de imitar el aprendizaje neuronal que ocurre después de la estimulación del salvado, durante el sueño. Actualmente, la funcionalidad no puede ser copiada por ningún otro material neuromórfico existente.

“Cuando el espesor de la capa de mononitruro de cobalto está por debajo de los 50 nanómetros y con un voltaje aplicado a una frecuencia superior a los 100 ciclos por segundo, hemos logrado emular una función lógica adicional”, afirman Sort y Menendez.

Los investigadores mencionaron la importancia del estudio y la emulación de la función cerebral. “Una vez que se aplica el voltaje, el dispositivo se puede programar para aprender u olvidar, sin necesidad de ningún aporte adicional de energía, imitando las funciones sinápticas que tienen lugar en el cerebro durante el sueño profundo, cuando el procesamiento de la información puede continuar sin aplicar ninguna energía. señal externa”, afirman Sort y Menéndez.

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