Rekenen met slimme chemie die kan onthouden

Tegelijk kijkt hij naar een basisinteractie tussen enzymen die niet alleen kunnen ‘rekenen’, maar ook onthouden in welke toestand zij eerder zijn geweest: ze laten al de basis zien van gedrag dat lijkt op dat van ons brein. Kunnen we op die manier zelfs kunstmatige intelligentie bouwen, gebaseerd op chemische reacties? Over eerste stappen heeft Wong gepubliceerd in ‘Small’.

In de zoektocht naar krachtiger en tegelijk energiezuiniger manieren van rekenen, wordt aan verschillende alternatieven gewerkt. Van de basis, van de levende cel, vraagt Wong zich af, weten we nog eigenlijk nauwelijks hoe die rekent. Of nog fundamenteler: wat betekent rekenen in de natuur? Kunnen moleculen-de elementaire bouwstenen van het leven-rekenen? Dat zijn vragen waar we nog lang niet uit zijn. Wong laat in zijn publicatie in Small zien dat op basis van drie enzymen toch een systeem te bouwen dat eigenschappen heeft die ons brein ook heeft. Hij ziet dan ook kansen voor Chemische Reactie Netwerken (CRN’s) als basis voor neurale netwerken.

Hij stapt daarbij af van de klassieke bits ‘1′ en ‘0′, maar kijkt naar dynamisch veranderende loops ‘+’ en ‘-‘. Eigenlijk is de ‘schakeling’ gebaseerd op de competitie tussen een moleculaire brandstof, een inhibitor en een katalysator. De brandstof is het enzym trypsinogen, dan is er de katalysator trypsine die in staat is om staarten van enzymen af te knippen en de ‘trypsin inhibitor’ die dat knippen juist kan tegenhouden. Trypsine werkt, van deze drie, als katalysator. Er ontstaat dynamisch gedrag als de brandstof en de inhibitor allebei de competitie aangaan om de katalysator. De concentratiecurve lijkt dan op de stroom-spanning curve van een elektrische spanning. Dit eenvoudige moleculaire systeem heeft al gedrag dat lijkt op ons brein – ‘neuromorf’: zo kan het weer terugkeren in zijn oude toestand en kan het zich aanpassen.

Laag energieverbruik

Als dit al mogelijk is met een eenvoudig systeem bestaande uit drie enzymatische reacties, voorziet Wong dat dit eerste stappen zijn op weg naar meer mogelijkheden om chemische reacties in te zetten in de informatieverwerking met een laag energieverbruik. Tegelijk leren ze ons ook hoe leer- en geheugenprocessen werken in de natuur – fundamentele vragen die hij ook graag onderzoekt. Het onderzoek van Albert Wong maakt deel uit van het Centre for Brain-Inspired Nano Systems (Brains) van de UT.