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(bào)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(yùn)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(jì)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(yùn)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(dòng)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(jì)算機(jī)的互聯(lián)性降低到類似水平卻是一個(gè)巨大的障礙。通常，他們會(huì)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(gè)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(duì)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(jì)，其工作電壓水平跟大腦處于相同的范圍。一項(xiàng)關(guān)于這項(xiàng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)中使用導(dǎo)電蛋白。

“這是首次一個(gè)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(duì)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(jì)算能力的現(xiàn)實(shí)證據(jù)。這是一個(gè)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?！?/p>

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(gè)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(cè)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(shí)際神經(jīng)元對(duì)話。