Біоелектроніка

Це напрямок функціональної мікроелектроніки знаходиться в стадії становлення, однак він є одним з найбільш цікавих і перспективних. Біоелектроніка виникла як одна з відгалужень більш загальної науки — біоніки, що досліджує специфічні явища, що відбуваються в живих організмах, і використовующихся в ціх явища в різноманітних науково-технічних цілях.

Сучасна біоелектроніка охоплює проблеми вивчення нервової системи людини, тварин, а також моделювання нервових кліток (нейронів і нейронних мереж) для подальшого удосконалення електронних приладів і пристроїв, особливо в області електронної обчислювальної техніки.

Майже для всіх біологічних видів нервова система являє собою мережу нейронів. Будова і функціонування окремого нейрона показане на мал. 4.8

 

 

 

 

 

Малюнок 4.8 Схематичне зображенняа нейрона (1 — катод; 2 — керуючий електрод; 3 — анод); I — девдрити; 2 — тіло нейрона (сома); 3 — аксон.

 

 

Нейрон складається з тіла клітки (соми) і має один чи кілька вхідних відростків (дендритів), а також вихідних відростків (аксонів). Місце переходу аксона одного нейрона в дендрит іншого називається синапсом. Тіло клітки — це місце збору інформації нейроном, тому на ньому згруповані сотні і тисячі синаптичних закінчень. У незбудженому стані плазма нейрона має деякий потенціал щодо навколишнього середовища. Величина його може коливатися в ту чи іншу сторону, тобто можливий процес адаптації — пристосування до зовнішніх умов. У тілі клітки відбувається просторове і тимчасове підсумовування сигналів, що надходять від інших нейронів. Дендрити збирають інформацію синапсів, що на них закічуютья і передають сумарний сигнал у сому. При досягненні сумарним сигналом деякого граничного значення в сомі виробляється імпульс, що надходить в аксон, поширюється в ньому, а потім розгалужується в численні синапси, направляючись до інших нейронів.

Нервові клітки володіють величезними логічними можливостями, обумовленими великою кількістю входів, виходів, зворотних зв'язків, що змінюють свою структуру по визначеним, поки ще не вивченим законам. Жодна зі штучно створених моделей нейронів не відтворює в даний час навіть у грубому наближенні тих логічних можливостей, що маються в реальній нервовій клітці.

Найважливішими інформаційними властивостями, якими повинні володіти моделі нейронів, є: генерування імпульсу при порушенні; наявності порога збудливості; просторове і тимчасове підсумовування вхідних сигналів; велика кількість входів і один вихід; пам'ять. Існуючі моделі нейронів різної складності, виконані на транзисторах, тунельних діодах, логічних мікросхемах — це тільки перший крок на шляху створення штучного мозку. Однак вони є тією основою, на якій будуються моделі, усе більш близькі, як по виконуваних функціях, так і по своїх конструктивних рішеннях до реальних нейронів.