Výzkumníci z MIT svůj čip již i uplatnily, aby předložili návrh na řešení dlouholeté debaty o tom jak vzniká dlouhodobé zeslabení synaptického přenosu (LTD - Long-term depression ). Jedna teorie tvrdí, že dlouhodobé zeslabení, a zesílení přenosu (LTP - long-term potentiation) závisí na frekvenci akčních potenciálů stimulujících postsynaptické buňky (SRDP - spike rate dependent plasticity), zatímco novější teorie předpokládá, že záleží na načasování příchodu akčních potenciálů na synapsi (STDP - spike-timing dependent plasticity ).

Oba tyto procesy vyžadují zapojení iontových kanálů známých jako NMDA receptory (receptory N-methyl-D-aspartátové kyseliny ) ,které detekují postsynaptickou aktivaci. V poslední době se teoretizuje o tom že by se oba tyto modely  daly sjednotit, pokud by existoval druhý typ postynaptických receptorů zapojených do této činnosti. Jedním kandidátem na tento druhý receptor je tip endo-kanabinoidního receptoru.

Endo-kanabinoidy mají podobnou strukturu jako THC obsažené v  marihuaně, jsou produkovány v mozku a podílejí se na mnoha funkcích, včetně chuti k jídlu, bolesti a paměti. Někteří  neurovědci se  domnívali že endo-kanabinoidy vyrobené v postsynaptické buňce se uvolňují do synapse, kde se aktivují presynaptické endo-kanabinoidní receptory. Pokud jsou NMDA receptory aktivní ve stejnou dobu, dojde k LTD.

Když vědci do své simulace přidaly i model endo-kanabinoidních receptorů tak se jim povedlo přesně simulovat LTD a LTP. I když předchozí pokusy tuto teorii podporují teprve tímto pokusem se povedlo dát vše dohromady výpočetně prokázat že to opravdu funguje.

Hlavním autorem publikace  uveřejněné v listopadovém čísle prestižního časopisu The Proceedings of the National Academy of Sciences je Chi-Sang Poon, hlavní vědecký pracovník na Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology. Dalšími autory jsou Guy Rachmuth bývalý postgraduální student v laboratoři Chi-Sang Poona, Mark Bear, profesor neurověd na MIT, a Harel Shouval z University of Texas Medical School.

Zajímavá věc k zamyšlení je, kolik synapsí by mohlo být obsaženo na moderním čipu. Aktuální čip byl vyroben v AMI Semiconductor pomocí 1.5 µm (1500nm) technologie a simulace na čipu probíhaly při pokusu v reálném čase. Mělo by být ale možno ho vyrobit i modernější technologií roli zde nejspíše sehrála cena. Pokud vezmeme jako příklad nové "Interlagos" 16-jádrové procesory Opteron 6200 od AMD které mají 2,4 miliard tranzistorů, takže teoreticky, současně běžně používanou 32 nm technologií by mohlo být simulováno 6 milionů synapsí. Za předpokladu, 8.000 synapsí na neuron, budeme potřebovat asi 133 milionů těchto čipů k emulaci mozku. Spotřeba bez dalších podpůrných systémů a chlazeni bude okolo 15,3 MW přitom mozku na to stačí okolo 20W, ale musíme vzít v úvahu že tento elektronický systém by mohl možná pracovat s o několik řádů vyšší rychlostí.

Prameny:

• A biophysically-based neuromorphic model of spike rate- and timing-dependent plasticity (The Proceedings of the National Academy of Sciences)
• Mimicking the brain, in silicon (mit.edu)
• Mimicking the Brain In Silicon ... (sciencedaily.com)
• Scientists at MIT replicate brain activity with chip (bbc.co.uk)
• MIT chip 'mimics brain' (tgdaily.com)
• Mimicking synapses in silicon (kurzweilai.net)
• New human-brain chip can be adjusted for cannabis effect (theregister.co.uk)
• Computer Chip Models Human Neuron Communication (ts-si.org/neuroscience)
• MIT Silicon Synapse (artificialbrains.com)
• Computer Chip Mimics How Our Neurons Adapt To New Information (medicalnewstoday.com)
• Brain Microchip Faster Than Humans (smartertechnology.com)
• MIT creates 'brain chip' (extremetech.com)
• Artificial Neural Networks Get a Boost: Computer Chip Replicates Neuron Activity (decodedscience.com)
• A computer chip that emulates the human brain – and might one day replace it (io9.com/chi_sang-poon)
• Interview with MIT’s Dr. Poon on His New Brain Chip (Open Innovation)