Проект поможет в разработке энергоэффективных мозгоподобных электронных систем

Заявка коллектива Университета Лобачевского № 18-29-23001 стала победителем конкурса на лучшие научные проекты междисциплинарных фундаментальных исследований по теме «Фундаментальные основы природоподобных технологий генерации и потребления энергии». Запланированный объем финансирования составляет 18 млн. руб. на три года.

Со слов руководителя проекта, заведующего лабораторией НИФТИ А.Н. Михайлова, проект возник благодаря инициативе и поддержке проректора по научной работе В.Б. Казанцева и направлен на решение фундаментальной научной проблемы, связанной с разработкой энергоэффективных мозгоподобных электронных систем широкого назначения и реализацией аппаратных моделей биоморфных нейронных сетей для моделирования архитектуры головного мозга, создания обучаемых и адаптивных роботизированных систем, нейропротезирования и нейроимплантации. В коллектив исполнителей входят сотрудники и аспиранты НИФТИ, радиофизического факультета и ИББМ ННГУ.

Исследования в области природоподобных технологий, направленные на изучение и применение принципов энергоэффективного функционирования и обработки информации в нейронных сетях мозга, являются одним из наиболее активно развивающихся направлений современной междисциплинарной науки. Востребованность таких исследований обусловлена широким спектром актуальных применений: информационные технологии и обработка больших данных, проектирование нейроморфных вычислительных систем, создание автономных адаптивных систем управления, фундаментальные исследования медико-биологической направленности, в том числе в таких прорывных направлениях, как нейропротезирование и нейроимплантация. Наряду с большим количеством теоретических исследований, направленных на выявление фундаментальных принципов функционирования мозга, следует отметить растущий интерес к новым экспериментальным подходам по созданию искусственных аналогов нейронных сетей мозга на основе электронных нейронов и синапсов. И если на сегодняшний день известны электронные модели нейронов различной степени детализации и принципов исполнения (аналоговые и цифровые), то аппаратное моделирование синаптических связей с воспроизведением эффектов пластичности находится на начальном этапе исследований. Данный проект посвящен теоретическому и экспериментальному исследованию возможности построения электронных моделей синаптических связей между искусственными нейронами на основе мемристивных устройств, способных адаптивно менять сопротивление, и изучению коллективной динамики биоморфной нейронной сети на основе самоорганизации мемристивных связей. Для достижения биологической правдоподобности архитектура и динамика разрабатываемых нейронных сетей с мемристивными связями будут впервые напрямую сопоставляться с результатами экспериментального изучения волновой и колебательной активности гиппокампальных сетей мозга in vitro и/или in vivo. Новизна и значимость предлагаемого проекта состоят в комплексном моделировании и аппаратной реализации биоморфных нейронных сетей на основе мемристивных устройств со свойствами синаптической пластичности, в том числе стимулированной живыми нейронами мозга. Основу заявляемого проекта составляет междисциплинарный подход, реализуемый с привлечением специалистов, имеющих существенный задел в областях электроники, нанотехнологий, нелинейной динамики, математического и физического моделирования, а также нейробиологии, что обеспечивает всестороннее исследование поставленных задач, достижимость и достоверность результатов.