人造離子神經元能用於未來電子記憶

科技日報北京8月6日電 （記者張夢然）從人類大腦運行中獲得靈感來進行電子產品的研發，是全球工程師們都關注的領域。此次，研究人員進行了一項理論分析，利用離子作為神經細胞攜帶信息來開發人工神經元。這一裝置用石墨烯製成納米狹縫，狹縫內由單層水來傳輸離子，具有與神經元相同的傳輸能力。相關論文發表在最新一期的《科學》雜誌上。

可以説，沒有什麼人造設備的效率高過人腦——人腦能執行許許多多複雜的任務，每天消耗的能量卻僅相當於兩個香蕉。它的高效率取決於它的基本單元——神經元。神經元有一個帶納米孔的膜，稱為離子通道，根據接收到的刺激打開和關閉，由此產生的離子流會產生電流，負責發射動作電位（可興奮細胞受到刺激時，在靜息電位的基礎上產生的電位變化過程），這是允許神經元相互交流的信號。

當然，人工智能（AI）也可以完成以上所有這些任務，但代價是能耗——AI的能耗是人腦的數萬倍。

有鑑於此，來自法國國家科學研究中心與巴黎高等師範學院等機構的科學家，此次將整個研究的挑戰放在設計一種與人腦一樣節能的電子系統。例如，通過使用離子而不是電子來攜帶信息。科學家們認為，納米流體學（研究流體在小於100納米寬的通道中的行為方式）提供了許多觀點。

在新實驗中，研究團隊構建了一個人工神經元原型，其由含有單層水分子的極薄石墨烯狹縫構成。研究人員證明，在電場的作用下，來自這層水的離子可聚集成細長的簇，併產生一種被稱為憶阻器效應的特性：這些簇能保留過去接收到的一些刺激，且為了與大腦比較，石墨烯狹縫再現了離子通道、簇和離子流。利用理論和數字工具，研究人員展示瞭如何組裝這些集羣以模擬動作電位發射的物理機制，從而模擬信息的傳輸。

研究人員表示，他們現在的目標，是通過實驗去證明此類系統可以實現簡單的學習算法，在此基礎上，這一算法就能為未來的電子記憶鋪平道路。

總編輯圈點

這些年來，科學家們一直希望創造出與人腦類似的電子系統，不過他們進行研究的切入點並不相同。比如，此前有大量研究通過模擬人腦處理信息的機制，設計出規模越來越大、層數越來越多的人工神經網絡。而在上述研究中，科學家的着眼點在於讓人工神經元像人腦神經元一樣節能。相信這些從不同角度切入的研究成果最終將融會貫通，帶來更加高效、強大的人工智能。