এই কৃত্রিম নিউরন মস্তিষ্কের কোষের সাথে যোগাযোগ করতে ডোপামিন ব্যবহার করে

মাউসের পায়ের সাথে সংযুক্ত ট্রান্সলুসেন্ট চিপটি নিউরনের মতো দেখতে কিছুই ছিল না। সেন্সর এবং চ্যানেলগুলির একটি সিরিজ দিয়ে বিন্দুযুক্ত এবং একটি মানুষের আঙুলের চেয়ে ছোট, এটি ব্যান্ড-এইডের মতো দেখতে—এবং নমনীয়৷ তবুও যখন ডোপামিনের সাথে ডুস করা হয়, তখন চিপটি তার জাদু কাজ করে। ইঁদুরের পা দুলতে থাকে এবং প্রসারিত হতে থাকে। ডোপামিনের মাত্রার উপর নির্ভর করে, চিপটি ম্যারিওনেটের মতো অঙ্গটিকে নিয়ন্ত্রণ করে।

চিপটি একটি কৃত্রিম নিউরন, তবে মস্তিষ্কের বৈদ্যুতিক সংকেতগুলি অনুকরণ করার জন্য তৈরি পূর্ববর্তী চিপের মতো কিছুই নয়। বরং, এটি মস্তিষ্কের অন্যান্য যোগাযোগের চ্যানেলকে গ্রহণ করে এবং অভিযোজিত করে: রাসায়নিক।

নিউরোট্রান্সমিটার বলা হয়, এই রাসায়নিকগুলি মস্তিষ্কের "প্রাকৃতিক ভাষা" বলেছেন চীনের নানজিং মেডিকেল বিশ্ববিদ্যালয়ের ডাঃ বেনহুই হু। একটি রাসায়নিক ভাষা ব্যবহার করে একটি কৃত্রিম নিউরন, তাত্ত্বিকভাবে, সহজেই নিউরাল সার্কিটে ট্যাপ করতে পারে - উদাহরণস্বরূপ, একটি ইঁদুরের পায়ে চালনা করতে, বা মস্তিষ্ক-নিয়ন্ত্রিত প্রস্থেটিক্স বা নিউরাল ইমপ্লান্টের সম্পূর্ণ নতুন পরিবার তৈরি করতে পারে।

একটি নতুন গবেষণা সিঙ্গাপুরের নানয়াং টেকনোলজিকাল ইউনিভার্সিটিতে হু এবং ডাঃ জিয়াওডং চেনের নেতৃত্বে, কৃত্রিম এবং জৈবিক নিউরনগুলিকে একটি আধা-জীবন্ত সার্কিটে নির্বিঘ্নে সংযুক্ত করার দিকে দীর্ঘ পদক্ষেপ নিয়েছে। দ্বারা চালিত ডোপামিন, সেটআপটি একটি সাধারণ একমুখী কল ছিল না যেখানে একটি উপাদান অন্যটি সক্রিয় করে। বরং, কৃত্রিম নিউরন একাধিক জৈবিক সমকক্ষের সাথে একটি লুপ তৈরি করে, ডোপামিনকে স্পন্দিত করে যখন তার নিজস্ব আচরণ পরিবর্তন করার জন্য প্রতিক্রিয়া প্রাপ্ত হয়।

একটি উপায়ে, সিস্টেমটি একটি ইন্টারনিউরনের মতো কাজ করে, যা মস্তিষ্কে নিউরাল সার্কিটগুলিকে সূক্ষ্ম সুর করার জন্য সিদ্ধান্ত গ্রহণকারী হিসাবে কাজ করে। "মেমরি এবং আবেগ সহ বুদ্ধিমান তথ্যের একটি বড় অংশ - নিউরোট্রান্সমিটারের মতো রাসায়নিক অণু দ্বারা এনকোড করা বা জানানো হয় এবং আমরা একটি কৃত্রিম নিউরন তৈরি করতে চেয়েছিলাম যা একটি বাস্তব নিউরন কীভাবে যোগাযোগ করে তা অনুকরণ করে," লেখক বলেছেন।

গল্পের অন্য দিক

আপনি নিউরাল নেটওয়ার্কের এই ক্লাসিক গল্প শুনেছেন। একটি নিউরন একটি বৈদ্যুতিক ঝাঁকুনি গ্রহণ করে, যা তার কঠিন শাখাগুলির নীচে ভ্রমণ করে। যদি সংকেতটি যথেষ্ট শক্তিশালী হয়, তাহলে এটি পরবর্তী নিউরনকে সক্রিয় করবে-বা বিষণ্ণ করবে, যা দুটিকে একটি নেটওয়ার্কে সংযুক্ত করবে। এই নিউরোসায়েন্স ডগমা, "নিউরন যা একসাথে আগুন দেয়, একসাথে তার" হিসাবে জনপ্রিয় নিউরোমর্ফিক চিপস স্বল্প-শক্তি এবং উচ্চ-দক্ষ কম্পিউটেশনের জন্য এই বৈদ্যুতিক ব্যঙ্গটিকে বিপরীত প্রকৌশলী করার জন্য নির্মিত।

এই ক্রিয়াকলাপগুলির ডেটা বা "মেমরি" এখানে সংরক্ষণ করা হয় synapses. আমি এই জটিল কাঠামোগুলিকে দুটি নদীর তীর হিসাবে কল্পনা করতে চাই যার মধ্যে একটি স্রোত বয়ে চলেছে। একটি ব্যাঙ্ক নিউরনের অংশ যা সংকেত প্রেরণ করে, অন্যটি গ্রহনকারী নিউরনের অংশ।

কিন্তু কী সাহায্য করছে সংকেতগুলো স্ট্রিম পার হতে?

নিউরোট্রান্সমিটার প্রবেশ করান। একবার একটি নিউরন তার প্রাপ্ত বৈদ্যুতিক সংকেতগুলিকে একীভূত করে, ডালগুলি ডালগুলির নীচে ভ্রমণ করে যতক্ষণ না তারা একটি সিন্যাপসে পৌঁছায়। এখানে, সংকেতগুলি কয়েক ডজন পার্ক করা "নৌকা"কে নির্দেশ দেয়—ছোট সাবানের বুদবুদ-প্রতিটি নিউরোট্রান্সমিটারে ভরা, অন্য ব্যাঙ্কের দিকে লঞ্চ করতে। একবার ডক করা হলে, ডাউনস্ট্রিম নিউরনে অন্য বৈদ্যুতিক সংকেত ট্রিগার করার জন্য রাসায়নিকগুলি নৌকা থেকে আনলোড হয়। এবং চক্রটি মস্তিষ্কের জটিল নেটওয়ার্কগুলিকে সংযুক্ত করতে থাকে।

নিউরাল ইমপ্লান্ট তৈরিতে রাসায়নিক কম্পিউটিং প্রায়শই উপেক্ষা করা হয়, তবে শুধুমাত্র বৈদ্যুতিক সংকেতগুলিতে ফোকাস করা শিপিং রুটের পরিকল্পনা করার সময় ট্রান্সওসেনিক কার্গো রুট উপেক্ষা করার মতো।

"এই অমিল সম্ভাব্যভাবে প্রেরিত নিউরন তথ্যের ভুল ব্যাখ্যার দিকে পরিচালিত করতে পারে," দলটি বলেছে, সম্ভাব্যভাবে মস্তিষ্কের ইন্টারফেসগুলিকে বিপথে নিয়ে যাচ্ছে।

শিল্পকর্ম

নতুন গবেষণাটি কৃত্রিম নিউরনে রাসায়নিক যুক্তি পুনরায় চালু করেছে। সম্ভাব্য নিউরোট্রান্সমিটার প্রার্থীদের একটি সম্পূর্ণ ধাঁচের মধ্যে দিয়ে, দলটি ডোপামিন-এ একটি মাল্টিটাস্কার যা অনুপ্রেরণা চালায়, পুরষ্কার এনকোড করে এবং গতিবিধি নিয়ন্ত্রণ করে— কৃত্রিম নিউরনের তারকা.

চিপটিতে তিনটি প্রধান উপাদান রয়েছে যা একটি আসল নিউরনকে অনুকরণ করে: এটি ডোপামিনকে অনুধাবন করে, একটি "সিনাপ্স" এর ভিতরে ফলাফল সংকেতকে এনকোড করে এবং তার প্রতিবেশীকে ডোপামিন ছেড়ে দেয়।

প্রথম অংশটি একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সর যা জৈবিক স্তরে ডোপামিন সনাক্ত করতে পারে। গ্রাফিন অক্সাইডের একটি ডোজ দিয়ে কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি, ন্যানোস্ট্রাকচারটি তার পরিবেশে ডোপামিনের ক্ষুদ্র বিট বাছাই করতে বিশেষভাবে দক্ষ, এমনকি অন্যান্য জৈবিক রাসায়নিক জলকে কর্দমাক্ত করে।

একবার শনাক্ত হয়ে গেলে, তথ্যটি বৈদ্যুতিক পালস হিসাবে পরবর্তী উপাদান-একটি মেমরিস্টরে প্রেরণ করা হয়। সিন্যাপসের মতো, একজন মেমরিস্টারের পূর্ববর্তী কার্যকলাপের উপর নির্ভর করে এর প্রতিরোধ ক্ষমতা পরিবর্তন করার একটি অন্তর্নির্মিত ক্ষমতা রয়েছে-অর্থাৎ, এটির একটি "মেমরি" রয়েছে। প্রতিরোধ ক্ষমতা যত বেশি হবে, তত কম এটি বৈদ্যুতিক সংকেত পাঠাতে পারে।

ডিভাইসটি বহিরাগত শোনাতে পারে, তবে একটি (খুব ব্যয়বহুল) পনির স্যান্ডউইচের ছবি। রুটির টুকরো দুটি রূপা এবং সোনার ন্যানো পার্টিকেল দিয়ে তৈরি, এবং "পনির" হল একটি সিল্ক প্রোটিন যা মেমরিস্টরের প্রতিরোধকে সুরক্ষিত করে। এটি একটি ঝরঝরে সেটআপ: উপাদানটি "সিনাপসে" স্বল্প এবং দীর্ঘমেয়াদী উভয় পরিবর্তনকে সমর্থন করতে পারে, যা আপনার মনকে দ্রুত স্খলিত করে বা মস্তিষ্কে খোদাই করা স্মৃতিগুলিকে অনুকরণ করে৷

এটা শেখার লক্ষণ। "এর মানে হল যে সিস্টেমটি বারবার উদ্দীপনার সাথে একটি শক্তিশালী সংযোগ তৈরি করেছে এবং তাজা উদ্দীপকের তুলনায় পরিচিত উদ্দীপনার প্রতি আরও সংবেদনশীল হবে," লেখক বলেছেন।

তারপর সত্যিই শান্ত অংশ আসে. এর প্রতিরোধের উপর নির্ভর করে, মেমরিস্টর একটি হাইড্রোজেলকে গরম করতে পারে যাতে এটি ডোপামিনকে প্রাক-খোদাই করা ন্যানোচ্যানেলগুলিতে ছেড়ে দেয়।

সবকিছু একসাথে রাখলে, চিপটি জৈবিক নিউরনের মতো কাজ করে। ডোপামিন দিয়ে উদ্দীপিত হলে, এটি একটি বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে যা "সিনাপসে" এনকোড করা হয়। সংকেত যথেষ্ট শক্তিশালী হলে, এটি তার প্রতিবেশীদের উপর ডোপামিন পাম্প করবে।

কি করা বাকি আছে? জীবন্ত নিউরন দিয়ে এটি পরীক্ষা করুন।

একটি বায়ো-হাইব্রিড ব্রিজ

প্রথম স্যানিটি চেক হিসাবে, দলটি পিসি 12 নামে পরিচিত ডোপামিন মুক্ত করার ক্ষমতা সহ কোষের একটি পেট্রি ডিশের ভিতরে চিপটি স্থাপন করে।

নিউরনগুলি কীভাবে সক্রিয় হয় তা অনুকরণ করে, তারা একটি লবণাক্ত মিশ্রণে পাম্প করে যা কোষগুলিকে ডোপামিন মুক্ত করতে ট্রিগার করে। আকস্মিক স্রোত থেকে "জাগ্রত" হতবাক, কৃত্রিম নিউরন কার্যকলাপের সাথে স্পাইক করে, ফলস্বরূপ তার PC12 প্রতিবেশীদের কাছে ডোপামিনের নিজস্ব ডোজ পাম্প করে। একবার ডোপামিন দিয়ে স্নান করার পরে, জৈবিক কোষগুলি প্রতিক্রিয়া হিসাবে তাদের বৈদ্যুতিক প্রবাহ পরিবর্তন করে (এর থেকে বুদ্ধিমান আর কেউ নয় যে রাসায়নিকটি একটি কৃত্রিম নিউরন থেকে এসেছে)।

এই ধরনের নিউরাল চিটচ্যাট ইন্টারনিউরনের মতো। তাদের নাম অনুসারে, এই নিউরনগুলি একটি সিঁড়ির মতো কাজ করে, নিউরাল নেটওয়ার্কগুলিকে সংযুক্ত করে এবং সার্কিটের কার্যকলাপকে পরিমার্জিত করতে সহায়তা করে। এখানে, কৃত্রিম নিউরন একটি ইন্টারনিউরন হিসাবে আচরণ করে - একটি "ট্রাফিক কন্ট্রোলার" যা নিউরাল নেটওয়ার্কগুলিকে আকার দেয় এবং তাদের কার্যকলাপকে লাইনে রাখে।

আরও এক ধাপ এগিয়ে, দলটি পরবর্তীতে একটি ইঁদুরের পায়ের একটি স্নায়ুর সাথে চিপটি টেথার করে। ডোপামিনের স্তরের উপর নির্ভর করে, পাটি এমনভাবে বাঁকানো হয় যেন সকালের প্রসারিত হয়, চিপে রাসায়নিক বৃদ্ধির সাথে সাথে আরও প্রশস্ত হয়। ধারণার আরেকটি প্রমাণে, দলটি একটি রোবোটিক হাতে চিপটি সংযুক্ত করেছে। চিপে ডোপামিনের পরিমাণ জিগার করে, দলটি রাসায়নিকভাবে প্ররোচিত "হ্যান্ডশেক"-এ যান্ত্রিক কব্জির একটি নিম্নগামী ফ্লিকার, সম্পূর্ণরূপে ডোপামিন দ্বারা চালিত রোবটটিকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।

এটি প্রথমবার নয় যে বিজ্ঞানীরা রাসায়নিক ভিত্তিক নিউরন তৈরি করেছেন। ফেরা 2020, স্ট্যানফোর্ডের একটি দল একটি কৃত্রিম নিউরনকে বিচ্ছিন্ন জৈবিক নিউরনের সাথে সংযুক্ত করেছে, দেখায় যে একটি কৃত্রিম নিউরন ট্রিগার হিসাবে ডোপামিন ব্যবহার করে একটি জৈবিক নিউরনের সাথে সংকর করতে পারে।

এখানে পার্থক্য হল প্রতিক্রিয়া পাওয়ার ক্ষমতা: নতুন সেটআপটি নিউরনগুলির সাথে একটি লুপ তৈরি করে, যা ডোপামিন গ্রহণ করতে এবং মুক্ত করতে সক্ষম, সর্বদা নেটওয়ার্কের "মেমরি" পরিবর্তন করে। আপাতত, কৃত্রিম নিউরন একটি "মেসেঞ্জার ব্রিজ" হিসাবে আরও কাজ করে যা তথ্য প্রেরণ করতে সক্ষম। ব্রেইন ইমপ্লান্টের জন্য সেটআপটি এখনও অনেক ভারী, যদিও লেখকরা প্রতিটি উপাদানকে সঙ্কুচিত করতে এবং শক্তি খরচ কমাতে কাজ করছেন।

লেখকদের কাছে, রাসায়নিক এবং বৈদ্যুতিক নিউরোমরফিক চিপ এক বা অন্য নয়। সব পরে, মস্তিষ্ক হয় না.

“এই ধরনের রাসায়নিক BMI [মস্তিষ্ক-মেশিন ইন্টারফেস] বৈদ্যুতিক BMI এর পরিপূরক হতে পারে, সম্ভাব্যভাবে নিউরোপ্রোস্টেটিক্স, মানব-মেশিন মিথস্ক্রিয়া এবং সাইবোর্গ নির্মাণে ব্যবহারের জন্য নিউরোনাল তথ্য সঠিকভাবে এবং ব্যাপকভাবে ব্যাখ্যা করার অনুমতি দেয়," লেখক বলেছেন।

চিত্র ক্রেডিট: kts ডিজাইন / Shutterstock.com