Можете объяснить, как в рамках этой модели слизь восстанавливает в памяти забытый ритм, когда ей напомнят?

Мемристор – тот самый «четвёртый элемент схемотехники», реально работающую модель которого учёные смоли создать лишь весной нынешнего года. Опытный образец нельзя назвать мемристором в оригинальном смысле этого слова (в работе образца никакой роли не играет магнитное поле), однако он обладает самым интересным свойством гипотетического мемристора: его сопротивление в данный момент зависит от того, какое напряжение было приложено к нему в прошлом. Именно это свойство и использовали физики в своей модели, рассудив, что именно «памятливость» мемристора поможет помочь объяснить память живого существа.

Как признался «Газете.Ru» Юрий Першин, закончивший в своё время Харьковский госуниверситет, вопрос о том, как соединить эти четыре элемента, решился довольно просто. Понятно, что в схеме должна была присутствовать какая-то структура, задающая ритм. В любом радиоприборе – ламповом приёмнике вашего дедушки или WiFi-модуле вашего iPhone'а – такой структурой, в конечном счёте, будет LC-контур – соединённые друг с другом катушка индуктивности и конденсатор. От резистора в этой схеме тоже никуда не денешься, поскольку в реальном мире у всех элементов есть сопротивление.

Оставался один вопрос – как подсоединить мемристор? Подключить его последовательно или параллельно?

Сначала учёные попробовали последовательное соединение. Они записали уравнения электротехники, определяющие работу такой схемы, и решили их с помощью компьютера. Но ничего похожего на поведение Physarum polycephalum не получилось.

Тогда учёные присоединили мемристор параллельно одному из элементов LC-контура. Какому именно – не так уж и важно, потому что качественно поведение схемы при этом не изменится. Першин и его коллеги присоединили мемристор к конденсатору. Снова записали уравнения электротехники, на этот раз для параллельной схемы, и снова стали их численно решать.

И вдруг всё сложилось. Немного поиграв параметрами схемы, учёные смогли построить модель, поразительно чётко описывающую поведение слизистого грибка.

Схема электрической модели "интеллекта" организма Physarum polycephalum (A) и её поведение в случае нерегулярных (B) и регулярных (C) изменений внешних условий; обратите внимание на разрыв временной оси. // Pershin et al. 2008 / arXiv.org

Место внешних условий для развития миксамёбы – температуры и влажности – в электросхеме заняло приложенное к ней напряжение. Положительное напряжение означает благоприятные условия, отрицательное – неблагоприятные. Отклик же системы
(«скорость, с которой ползёт слизь») в модели Першина не что иное, как напряжение на мемристоре и конденсаторе (при параллельном соединении эти два напряжения равны). Результаты этого моделирования изложены в статье, опубликованной в архиве электронных препринтов Корнельского университета. Сейчас работа находится на рецензировании в Science.

Если дать на вход этой схеме единичный отрицательный импульс – поместить её в «неблагоприятные условия», она откликнется быстро затухающими колебаниями с периодом, который определяют параметры LC-контура (изначально мемристор находится в высоко проводящем состоянии, хорошо подавляющем колебания). Примерно так же модель себя ведёт и в случае, если неблагоприятные импульсы следуют нерегулярно. Но когда на входе оказывается серия импульсов, период которых похож на период контура, как в какой-то момент напряжение на мемристоре достигает порогового значения, и он быстро переходит в низко проводящее состояние – иными словам, «запоминает» серию неблагоприятных впечатлений.

Колебания в «запомнившей» схеме затухают гораздо медленнее, хотя конкретное значение затухания определяют произвольные, по большому счёту, параметры системы. Но главное в том, что мемристор из низко проводящего состояния вывести довольно сложно – схема построена таким образом, что при колебаниях напряжение на конденсаторе лишь ненадолго поднимается выше симметричного порогового значения, так что перейти в высоко проводящее состояние мемристор не успевает.

И хотя внешне схема никак не проявляет свою память, информация записана в низкой проводимости мемристора.

Стоит лишь напомнить схеме о неприятностях ещё одним отрицательным импульсом, как она тут же откликнется серией медленно затухающих колебаний – «вспомнит» то, чему её учили. Притом память оказывается очень долгой – она восстановится и через сотню периодов LC-контура. Если бы память слизистого гриба, который использовали японцы в своём знаменитом эксперименте, была бы такой хорошей, то он бы вспоминал выученное и через несколько суток после обучения; в эксперименте на Physarum polycephalum память сохранялась лишь 6–7 часов.

Как конкретно устроена память настоящего слизистого гриба, физикам из Калифорнии и Южной Каролины неизвестно: «Мы физики, а не биологи», – предупреждает Юрий Першин. Неясно, что в этой гигантской многоядерной клетке задаёт ритм, как он запоминает сигналы, и что заставляет его забывать их. Однако общие сведения о физиологии гриба позволяют предположить, что

роль мемристора в плесени играет система каналов, транспортирующих внутриклеточную жидкость гриба внутри его эластичной оболочки.