人造的神經(jīng)突觸替代物可像人類大腦一樣學(xué)習(xí)

據(jù)外媒報道，一種創(chuàng)新的新型人工突觸可能為創(chuàng)造像人類大腦一樣運作的電腦鋪平道路并有望在未來某一天使電子設(shè)備能跟我們自己的大腦皮層無縫整合。神經(jīng)形態(tài)計算的目的是模擬出生物大腦工作方式的電子電路，但要讓這些電路像我們的頭蓋骨里生長的東西一樣有效運作以及像腦細(xì)胞一樣學(xué)習(xí)已經(jīng)被證明是極其困難的。

其中最大的挑戰(zhàn)之一就是互聯(lián)互通。在大腦中，突觸將神經(jīng)元連接在一起并被用來在神經(jīng)元之間傳遞所謂的“動作電位”。這些是非常低的電荷信息--在80毫伏的區(qū)域內(nèi)。

然而要使計算機的互聯(lián)性降低到類似水平卻是一個巨大的障礙。通常，他們會看到1+伏特的電荷。這意味著，構(gòu)建人工“大腦”的嘗試受到了效率低下的阻礙。

現(xiàn)在，來自馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的一個研究小組聲稱，他們已經(jīng)找到了一種人造的神經(jīng)突觸替代物。在他們對蛋白質(zhì)納米線的研究中，他們提出了一種神經(jīng)形態(tài)記憶電阻器或“記憶晶體管”的設(shè)計，其工作電壓水平跟大腦處于相同的范圍。一項關(guān)于這項技術(shù)的研究今天發(fā)表在《Nature Communications》上。

該蛋白納米線取自馬薩諸塞州立大學(xué)阿姆赫斯特分校的微生物學(xué)家、這項新研究的合著者Derek Lovely開發(fā)的Geobacter細(xì)菌。跟硅納米線相比，這種材料在水或體液等液體中表現(xiàn)更加穩(wěn)定。硅納米線一直是該領(lǐng)域研究人員關(guān)注的領(lǐng)域。通過切斷細(xì)菌的納米線，他們可以在實驗中使用導(dǎo)電蛋白。

“這是首次一個設(shè)備可以在跟大腦相同的電壓水平下工作，”研究的合著者Jun Yao解釋稱，“人們可能甚至不敢希望我們能創(chuàng)造出一種跟大腦中的生物對應(yīng)物一樣節(jié)能的設(shè)備，但現(xiàn)在我們有了超低功耗計算能力的現(xiàn)實證據(jù)。這是一個概念上的突破，我們認(rèn)為它將在生物電壓環(huán)境下的電子學(xué)領(lǐng)域引起大量的探索。”

通過將帶正電荷和負(fù)電荷的微小開關(guān)脈沖通過憶阻器中的納米線，研究人員得以在內(nèi)部創(chuàng)建了新的烙印和連接。研究人員稱，這類似于人類大腦的學(xué)習(xí)方式，能建立起新的連接作為記憶。

然而要使其真正有用，其速度還必須跟生物突觸相匹配。很顯然，人們離制造一個真正的人工大腦還有很長一段路要走，但是Yao和研究第一作者Tianda Fu相信這種技術(shù)還存在其他可能的應(yīng)用，比如更好地監(jiān)測心率的設(shè)備從而為最終的設(shè)備鋪平道路。Yao指出，該設(shè)備可以跟生物系統(tǒng)中的實際神經(jīng)元對話。