世界热推荐：向人脑“取经” 我国科学家研发出能模仿神经功能的器件

• 2023-01-14 12:05:37 来源：科技日报

科技日报记者 陆成宽

(相关资料图)

虽然人工智能在一些方面的表现已超越了人类，但这不代表它真的很聪明。相反，很多时候它还很傻很天真，仍然需要向人脑“取经”。

近日，我国科学家在类脑研究方面取得重要进展。来自中国科学院化学研究所等单位的研究人员，利用单个器件首次实现了神经化学信号到电信号转导的模拟。相关研究成果1月13日发表于《科学》杂志。

神经元(A)和纳流体忆阻器(B)示意图。中科院化学所供图

“这一成果有望推动人类对大脑‘化学语言’的读取和交互，为发展神经智能传感、类脑智能器件和神经感觉假肢等提供新的思路。”论文共同通讯作者、中科院化学所研究员于萍强调。

大脑控制着人类的思维、感受和情感。在人类漫长的发展历史中从未停止过对人脑的探索以及对其运行机制和功能的模仿。

当前，世界主要发达国家和地区都在积极推动类脑领域的研究。如欧盟的“人类脑计划”、美国的“推进创新神经技术脑研究计划”以及我国的科技创新2030——“脑科学与类脑研究重大项目”等。同时，谷歌、微软等国际商业公司也将大量研发力量投入到类脑研究中。

科研人员已经在类脑研究领域做出了不少成绩，大量模拟脑神经结构和机制的器件、模型相继被报道。比如，利用两端口的忆阻器和三端口的神经可塑性晶体管发展出的无机神经形态器件，已经实现了一系列复杂的计算任务，包括超低功耗的并行计算、人工神经网络的建立等。

与此同时，有机电子研究领域的结果也充分展示了基于有机材料的神经形态设备具有诸多潜在的应用价值，尤其是在与生物系统的结合方面。

“大脑的神经功能与化学信号和电信号密切相关。然而，目前的仿突触器件只能实现对电信号的识别，很难直接感知化学信号，制备能够感知化学信号的人工突触，是神经智能传感与模拟等领域面临的科学难题。”论文共同通讯作者毛兰群说。

在解决这一问题方面，以往的研究已经取得了可喜的成绩。其他科研人员先后利用多巴胺电化学氧化过程调控仿神经晶体管和导电桥忆阻器，实现了突触可塑性功能的化学调控。

但是，化学调控的神经形态器件仍然面临一些关键问题。“一是几乎所有的神经形态器件都是固体器件，很难实现与外界信号的化学交互；二是类化学突触的化学信号与电信号间转导的模拟尚未实现。”于萍解释。

为此，于萍和毛兰群等研究人员利用其在脑神经电分析化学和限域离子传输研究领域的长期积累，提出基于限域流体器件发展仿神经突触功能的构思。在构建聚电解质限域流体体系的基础上，他们发现该体系具有忆阻器的特征；利用溶液中对离子在聚电解质刷限域空间内传输可以使得器件具有记忆效应的特性，成功模拟了多种神经电脉冲行为。

“相比于传统固体器件，我们发展的流体器件具有可与生物体系相比拟的工作电压和低功耗。”毛兰群说，更重要的是，基于流体体系的特征，此器件可以在生理溶液中模拟神经递质对记忆功能的调控，成功模拟了突触可塑性的化学调控行为。

同时，利用聚电解质对不同对离子的识别能力，研究人员实现了神经化学信号与电信号之间转导的模拟。该成果在化学突触的模拟研究领域中迈出了关键的一步。

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