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算機鋪平道路，并有可能有一天允許電子設備與我們自己的皮層無縫集成。神經形態(tài)計算旨在根據(jù)生物大腦的工作方式對電子電路進行建模，但試圖讓這些電路像我們頭骨內生長的一樣有效地運行——以及像腦細胞一樣學習——已被證明是棘手的。

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

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

現(xiàn)在，馬薩諸塞大學阿默斯特分校的一個團隊聲稱已經找到了一種人工替代生物突觸的方法。在他們對蛋白質納米線的研究中，他們提出了一種神經形態(tài)憶阻器或“記憶晶體管”的設計，它在與大腦相同的電壓范圍內工作。這項技術的研究今天發(fā)表在Nature Communications 上。

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

研究合著者姚軍解釋說：“這是第一次設備可以在與大腦相同的電壓水平下運行。” “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應物一樣高效的設備，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，我們認為它將引起對在生物電壓范圍內工作的電子產品的大量探索。”

通過將帶正電荷和負電荷的微小開關脈沖通過憶阻器中的納米線，在內部創(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習方式，建立新的連接作為記憶。

“你可以調節(jié)納米線-憶阻器突觸的電導率或可塑性，這樣它就可以模擬仿腦計算的生物成分，”姚說。與傳統(tǒng)計算機相比，該設備具有非基于軟件的學習能力。”

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，達到這一點大約需要兩年時間。我們距離構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為還有其他應用是可能的。這可能包括更好地監(jiān)測心率的設備，為最終“可以與生物系統(tǒng)中的實際神經元對話”的設備鋪平道路，姚建議。