On selvää, että tieteen valitsema tie tekoälyn luomiseen kuluttaa uskomattoman paljon energiaa. Jos kyseessä ei ole ”ovela suunnitelma” kilpailijoiden talouden horjuttamiseksi, se on yksinkertaisesti lyhytnäköistä planeetan resurssien tuhlausta. Luonto on jo kauan sitten keksinyt älykkyyden, joka on riittävän energiatehokas, jotta se ei katoaisi maapallon biologisen elämän evoluution syövereihin. Jäljellä on vain toteuttaa luonnon kehitys ”rautana”, ja näyttää siltä, että se tapahtuu ennemmin kuin myöhemmin.
Suomen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet keinotekoisen neuronin, joka jäljittelee todellisten neuronien käyttäytymistä ja ”massakokoisia” ominaisuuksia: kokoa, energiankulutusta, signaalin voimakkuutta, aikakarakteristikoita ja herkkyyttä kemiallisille signaaleille. Viimeinen ominaisuus on tärkein, koska elävien organismien ja erityisesti ihmisen hermosto toimii paitsi sähköpotentiaalin myös neurotransmitterien avulla – kemiallisten yhdisteiden, jotka herättävät sähköisen signaalin neuroneissa.
Kehittäjät ilmoittivat rohkeasti läpimurrosta bioelektroniikassa, joka mahdollistaa elektroniikan ja biologian yhdistämisen tehokkaampaan tietojenkäsittelyyn, joka muistuttaa aivojen toimintaa ja kuluttaa suhteellisen vähän energiaa verrattuna nykyisiin tekoälymalleihin, kuten ChatGPT. Tutkimus korostaa myös tällaisten neuronien potentiaalia lääketieteessä, tietotekniikassa ja aivo-kone-rajapinnoissa, mikä voi ratkaista signaalien yhteensopimattomuuden ongelman keinotekoisten (korkeajännitteisten) ja biologisten (matalajännitteisten) järjestelmien välillä.
Keinotekoinen neuroni on rakennettu memristorin pohjalta – muistista, joka perustuu solun vastuksen muutokseen ja jossa on käytetty proteiinipohjaisia nanoputkia Geobacter sulfurreducens -bakteerista. Nämä nanolangat mahdollistivat elementin kytkentäjännitteen alentamisen 60 mV:iin ja virran 1,7 nA:iin, mikä vastaa biologisia tasoja ja osoittautui 10 kertaa tehokkaammaksi kuin aiemmat analogit (muistettakoon, että elektroniikka toimii yleensä 500 mV:sta ylöspäin). Memristori integroitiin kondensaattorin ja vastuksen ketjuun simuloimaan hermosolujen aktiivisuuden vaiheita – varauksen kertymisestä sen purkautumiseen ja sen jälkeiseen stabiloitumiseen uutta toimintaa varten. Lisäksi kaavioon lisättiin kemiallisia antureita ionien (esimerkiksi natriumin) ja välittäjäaineiden (dopamiinin) havaitsemiseksi, jotta voitiin simuloida neuromodulaatiota – juuri sitä reaktiota, jonka neuronit osoittavat kemikaaleille, esimerkiksi aamukahvin kofeiinille.
Tutkijoiden kehittämä neuroni tuotti impulsseja, joiden energia oli verrattavissa biologiseen energiaan (0,2–37 pJ), ja osoitti kemiallisten signaalien säätelemän taajuusvasteen. Kun se liitettiin kardiomyosyytteihin (sydänlihaksen soluihin) ihmisen kantasoluista grafeenisen anturiverkon kautta se pystyi rekisteröimään reaaliajassa sähköisiä signaaleja, erottaen normaalin toiminnan noradrenaliinin vaikutuksesta johtuvista muutoksista, mikä lisäsi impulssien taajuutta ja aiheutti ehdollisen sydämen sykkeen kiihtymisen. Täten tutkijat osoittivat, että elävät solut voivat ongelmitta liittää elektroniikkaan ja että kaikki tämä toimii erinomaisesti yhdessä.
Prototyyppi avaa tien energiatehokkaille antureille solujen seurantaan, lääkkeiden reaktioihin ja jopa vakavien aivo- tai selkäydinvammojen aiheuttamien vaurioituneiden hermosolujen palautumiseen. Tulevaisuudessa tällaiset neuronit voivat parantaa aivo-kone-rajapintoja ja luoda biologisiin järjestelmiin perustuvia laskimia, jotka integroituvat elävään kudokseen ilman välivaiheita.
