據最新一期美國化學(xué)會(huì )期刊《應用材料與界面》報道，新加坡科技與設計大學(xué)（SUTD）研究團隊開(kāi)發(fā)出一種基于二維（2D）材料的新型人工突觸，能用于可高度擴展的類(lèi)腦計算。

模仿人腦功能的類(lèi)腦計算因其在人工智能中的功能應用和低能耗而引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。像人腦一樣，為了讓類(lèi)腦計算發(fā)揮作用，記住兩個(gè)神經(jīng)元之間連接的突觸必不可少。

在發(fā)育的大腦中，突觸可以分為功能性突觸和沉默突觸。功能性突觸是活躍的，而沉默突觸在正常條件下是不活躍的。而且，當沉默突觸被激活時(shí)，它們可幫助優(yōu)化神經(jīng)元之間的連接。由于人腦包含大約一百萬(wàn)億個(gè)突觸，而建立在數字電路上的人工突觸通常占據較大的空間，因此在硬件效率和成本方面存在限制，要將其應用于智能便攜式設備和物聯(lián)網(wǎng)，需要提高硬件成本。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，SUTD研究團隊使用2D材料模擬了功能性和沉默突觸的行為。此外，他們還首次證明，這種人工突觸可以同時(shí)作為功能性和沉默突觸的相同設備。

研究人員指出，這項工作可用單個(gè)設備替換基于復雜數字電路的功能性和沉默突觸，從而顯著(zhù)降低硬件成本?！巴ㄟ^(guò)使用超薄的2D材料將功能性和沉默突觸集成到同一設備中，人造突觸的硬件成本將顯著(zhù)降低，這將推動(dòng)類(lèi)腦硬件的商業(yè)化”。

從神經(jīng)生物學(xué)的角度來(lái)看，當突觸前神經(jīng)元接受持續刺激時(shí)，沉默突觸不會(huì )產(chǎn)生興奮行為，因為它們含有N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體，但它們缺乏α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸 （AMPA）受體。然而，沉默突觸可被激活成為功能性突觸，在連續刺激后插入AMPA受體時(shí)對刺激作出反應。

受到插入AMPA受體激活沉默突觸的生物學(xué)機制的啟發(fā)，通過(guò)在2D硒化銦材料系統中引入硫陰離子，可實(shí)現從沉默突觸到功能性突觸的轉變。硒化銦中的硫陰離子可在電場(chǎng)下遷移，并表現出功能性突觸可塑性。該設備基于完全硫化類(lèi)型的系統，在室溫下表現出明顯的憶阻行為，可用于實(shí)現功能性突觸。沉默突觸的激活可使用部分硫化類(lèi)型的系統，通過(guò)改變溫度來(lái)實(shí)現。

總編輯圈點(diǎn)

人們對人工智能和計算機最大的期待是什么？答案：像人一樣計算思考。正因此，“受腦啟發(fā)”被認為是這一領(lǐng)域發(fā)展中最重要的方向。類(lèi)腦計算可以像人的大腦一樣同時(shí)處理和存儲信息，人工突觸則可以模擬人類(lèi)大腦中突觸的短期和長(cháng)期可塑性，建立在記憶的基礎上，隨著(zhù)時(shí)間的推移而學(xué)習。盡管該研究還遠遠未走向實(shí)用，但類(lèi)腦計算這場(chǎng)令人興奮而又望而生畏的艱難挑戰，已向前邁出了重要一步。