علمت شبكة "ويدو" من جامعة بكين أن هذه الشريحة، التي طورها فريق البروفيسور يانغ يوتشاو من كلية الهندسة المتكاملة بجامعة بكين بالتعاون مع الأكاديمية الصينية للعلوم، نجحت لأول مرة في ضغط زمن الحساب أحادي الخطوة لنظام الديناميكا العصبية إلى مستوى المللي ثانية.

البروفيسور يانغ يوتشاو (في الوسط) من كلية الهندسة المتكاملة بجامعة بكين مع زملائه في مختبرهم (صورة مقدمة من جامعة بكين)

يُعد الدماغ أحد أكثر الأنظمة الديناميكية تعقيدًا. سواء في التحليل الفوري للحالة العصبية عبر واجهات الدماغ والحاسوب، أو في إعادة البناء عالية الدقة للقشرة الدماغية عبر التصوير الطبي، لا يمكن الاستغناء عن النمذجة السريعة للأشكال والديناميكيات العصبية المستمرة. "ولهذا ظهر نظام الديناميكا العصبية، حيث يدمج الباحثون الشبكات العصبية مع المعادلات التفاضلية لإعادة بناء بنية دماغية ثلاثية الأبعاد دقيقة"، كما أوضح يانغ يوتشاو. وأضاف أن هذا النظام يتمتع بآفاق تطبيق واسعة، لكنه يعاني من قصور واضح: فالبيانات الضخمة الناتجة عن الحساب تحتاج إلى نقل متكرر بين وحدة التخزين ووحدة المعالجة، مما يستغرق وقتًا طويلاً ويؤدي إلى استهلاك مرتفع للطاقة.

ولمواجهة هذا التحدي، قاد يانغ يوتشاو فريقه لتطوير أول شريحة في العالم لنظام الديناميكا العصبية بمستوى المللي ثانية تعتمد على المقاومات الذاكرية ذات التحول الطوري، حيث نجحوا لأول مرة في ضغط زمن الحساب أحادي الخطوة للنظام إلى 2.12 مللي ثانية، محققين حسابات عالية السرعة والدقة تحاكي الدماغ البشري.

وقال يانغ يوتشاو: "لقد اقترحنا نموذجًا جديدًا للحوسبة داخل الذاكرة القابلة للتحكم يعتمد على المقاومات الذاكرية ذات التحول الطوري، بحيث لا تحتاج البيانات إلى النقل ذهابًا وإيابًا، بل يمكن معالجتها بكفاءة في مكانها الأصلي". وأضاف أنه مقارنةً بالرقائق المتقدمة السائدة حاليًا في الصناعة، حققت الشريحة التي طورها الفريق قفزة كبيرة في الأداء الحسابي مع انخفاض ملحوظ في استهلاك الطاقة، مما يلبي متطلبات النمذجة عالية الدقة للبنية الدماغية.

وأوضح يانغ يوتشاو أن "واجهات الدماغ والحاسوب في المستقبل لن تحتاج فقط إلى قراءة الإشارات العصبية، بل يجب أن تفهم حالة الدماغ في الوقت الفعلي، وتتنبأ باتجاهات تطور الديناميكا العصبية، وتقوم بضبط الحلقة المغلقة بناءً على التغذية الراجعة". وأشار إلى أن النمذجة الدماغية عالية الدقة القادرة على العمل بسرعة المللي ثانية من المتوقع أن توفر لواجهات الدماغ والحاسوب نماذج فردية وديناميكية وقابلة للتفسير لحالة الدماغ، مما يحقق نمذجة حالة الدماغ والتفاعل الذكي. وفي المجال الطبي، من المتوقع أيضًا أن يفتح هذا الإنجاز مسارات تقنية جديدة للكشف المبكر عن أمراض الدماغ، ومراقبة تطور المرض، والتشخيص والعلاج الشخصي.