一種創(chuàng)新的新型人工突觸可以為創(chuàng)造像人腦一樣操作的計(jì)算機(jī)鋪平道路，并有可能有一天允許電子設(shè)備與我們自己的皮層無縫集成。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算旨在根據(jù)生物大腦的工作方式對(duì)電子電路進(jìn)行建模，但試圖讓這些電路像我們頭骨內(nèi)生長的一樣有效地運(yùn)行——以及像腦細(xì)胞一樣學(xué)習(xí)——已被證明是棘手的。

最大的挑戰(zhàn)之一是互連。在大腦中，突觸將神經(jīng)元連接在一起，用于在它們之間傳遞所謂的“動(dòng)作電位”。這些是非常低的電荷信息，在 80 毫伏左右。

然而，試圖將計(jì)算機(jī)的互連水平降低到類似的水平一直是一個(gè)巨大的障礙。例如，通常情況下，他們會(huì)看到 1+ 伏的電荷。這意味著構(gòu)建人工“大腦”的嘗試因效率低下而受阻。

現(xiàn)在，馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)聲稱已經(jīng)找到了一種人工替代生物突觸的方法。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)憶阻器或“記憶晶體管”的設(shè)計(jì)，它在與大腦相同的電壓范圍內(nèi)工作。這項(xiàng)技術(shù)的研究今天發(fā)表在Nature Communications 上。

蛋白質(zhì)納米線是從細(xì)菌取地桿菌，通過老鄉(xiāng)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特微生物學(xué)家和新的研究中，德里克可愛的合著者開發(fā)的。與一直是該領(lǐng)域研究人員關(guān)注的另一個(gè)領(lǐng)域的硅納米線相比，它們的優(yōu)點(diǎn)是在水或體液等液體中更穩(wěn)定。通過從細(xì)菌上剪下納米線，他們可以將導(dǎo)電蛋白用于他們的實(shí)驗(yàn)。

研究合著者姚軍解釋說：“這是第一次設(shè)備可以在與大腦相同的電壓水平下運(yùn)行。” “人們可能甚至不敢希望我們能創(chuàng)造出一種與大腦中的生物對(duì)應(yīng)物一樣高效的設(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)為它將引起對(duì)在生物電壓范圍內(nèi)工作的電子產(chǎn)品的大量探索。”

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，在內(nèi)部創(chuàng)建了新的品牌和連接。研究人員說，這類似于人類大腦的學(xué)習(xí)方式，建立新的連接作為記憶。

“你可以調(diào)節(jié)納米線-憶阻器突觸的電導(dǎo)率或可塑性，這樣它就可以模擬仿腦計(jì)算的生物成分，”姚說。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，該設(shè)備具有非基于軟件的學(xué)習(xí)能力。”

然而，為了真正有用，速度必須與生物突觸相匹配。研究人員說，達(dá)到這一點(diǎn)大約需要兩年時(shí)間。我們距離構(gòu)建真正的人工大腦還有一段路要走，但姚和研究第一作者傅天大認(rèn)為還有其他應(yīng)用是可能的。這可能包括更好地監(jiān)測心率的設(shè)備，為最終“可以與生物系統(tǒng)中的實(shí)際神經(jīng)元對(duì)話”的設(shè)備鋪平道路，姚建議。