Wetenschappers hebben een nieuwe manier bedacht om kunstmatige hersenen beter te laten werken. Door een slim aangepast kunstmatig neuron kunnen computers informatie zuiniger en nauwkeuriger verwerken. Dat kan helpen bij toepassingen zoals spraakherkenning, medische metingen en zelfrijdende auto’s.

Computers worden steeds slimmer, maar ze werken nog heel anders dan het menselijk brein. Ons brein gebruikt elektrische signalen die in korte pulsen worden doorgegeven. Onderzoekers proberen dit na te bootsen met zogeheten spikende neurale netwerken.

Die netwerken werken met korte ‘spikes’ in plaats van continue signalen. Dat maakt ze energiezuinig en snel. Toch bleken ze tot nu toe minder goed te presteren dan gewone kunstmatige neurale netwerken. Een belangrijk probleem was dat deze netwerken moeite hadden met complexe informatie. Denk aan geluid, video of signalen uit het menselijk lichaam. Zulke informatie verandert voortdurend in sterkte en tijdsduur. Bestaande kunstmatige neuronen konden meestal maar één van die twee goed vastleggen. Daardoor ging waardevolle informatie verloren. En waren de mogelijkheden beperkt.

Het echte brein als ontwerp

Onderzoekers hebben nu een oplossing gevonden door beter te kijken naar hoe echte hersenen zijn opgebouwd. In het brein kan één zenuwcel via meerdere contactpunten signalen doorgeven aan een andere cel. Die contactpunten, synapsen genoemd, reageren elk net iets anders op signalen. Dit blijkt een belangrijk voordeel te zijn bij het verwerken van ingewikkelde prikkels.

Geïnspireerd door dit idee ontwikkelden onderzoekers een nieuw type neuron: het multisynaptische neuron. In plaats van één enkel contact gebruikt dit neuron meerdere ‘drempels’. Bij een zwak signaal gebeurt er weinig. Bij een sterk signaal ontstaan meerdere korte pulsen tegelijk. Zo kan het neuron aangeven hoe sterk een signaal is én wanneer het precies plaatsvindt.

Vergelijk het met klappen in je handen. Eén klap zegt weinig. Meerdere snelle klappen laten zien hoe enthousiast iemand is. Tegelijk vertelt het ritme wanneer die klappen plaatsvinden. Het nieuwe neuron doet iets vergelijkbaars met elektrische signalen vergelijkbaar met hoe ons eigen brein signalen verwerkt.

Mogelijke toepassingen met medische signalen, zoals hersengolven en hartfilmpjes, werden direct meegenomen in het onderzoek. Naast de manier van signaalverwerking gaat dit neuron namelijk ook een stuk zuiniger om met energie. En dat is een belangrijke vooruitgang voor medische apparaten en sensoren zoals pacemakers, of biosensoren.

Bron: nature.com