科學(xué)家在人工神經(jīng)元領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功開發(fā)出一種能夠模擬大腦多區(qū)域活動(dòng)的創(chuàng)新型人工神經(jīng)元件“transneuron”。這項(xiàng)由英國(guó)拉夫堡大學(xué)牽頭，聯(lián)合美國(guó)索爾克研究所與南加州大學(xué)共同完成的研究，標(biāo)志著類腦計(jì)算技術(shù)邁入全新階段，相關(guān)成果已發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

傳統(tǒng)人工神經(jīng)元通常僅能執(zhí)行單一功能，而新型“跨神經(jīng)元”通過動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)部電學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了視覺處理、運(yùn)動(dòng)控制與決策規(guī)劃等多任務(wù)的靈活切換。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該元件通過調(diào)節(jié)電壓等電氣參數(shù)，可精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)獼猴大腦中穩(wěn)定脈沖、不規(guī)則放電及快速爆發(fā)等三種典型神經(jīng)活動(dòng)模式，匹配度達(dá)到70%至100%。這種硬件層面的適應(yīng)性突破，使人工系統(tǒng)首次具備接近生物神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)計(jì)算能力。

研究團(tuán)隊(duì)揭示，這種多模態(tài)模擬能力源于其核心組件——納米級(jí)憶阻器。當(dāng)電流通過時(shí)，憶阻器內(nèi)部的銀原子會(huì)動(dòng)態(tài)構(gòu)建或斷裂原子級(jí)導(dǎo)電橋梁，這種物理結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)變化直接驅(qū)動(dòng)電脈沖模式的轉(zhuǎn)變。溫度波動(dòng)、電壓調(diào)整或電阻變化均可觸發(fā)脈沖模式的自主切換，整個(gè)過程無需軟件干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)了硬件層面的類腦工作機(jī)制。

拉夫堡大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人亞歷山大·巴拉諾夫教授指出，該元件對(duì)環(huán)境變化具有高度敏感性，微小電學(xué)擾動(dòng)即可引發(fā)功能模式的轉(zhuǎn)變。這種特性不僅為構(gòu)建人工感官系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，更可能推動(dòng)新一代自適應(yīng)電子設(shè)備的開發(fā)。索爾克研究所神經(jīng)科學(xué)家謝爾蓋·格普斯坦博士強(qiáng)調(diào)，這種硬件級(jí)模擬方式突破了傳統(tǒng)軟件仿真的局限，使人工系統(tǒng)首次具備類似生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)能力。

技術(shù)驗(yàn)證階段，研究人員將人工神經(jīng)元的脈沖輸出與獼猴大腦皮層神經(jīng)元的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。結(jié)果顯示，在視覺處理、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與認(rèn)知決策三類典型任務(wù)中，transneuron均能產(chǎn)生高度相似的電活動(dòng)模式。這種跨區(qū)域功能模擬能力，為開發(fā)“芯片級(jí)大腦皮層”奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

該技術(shù)潛在應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在機(jī)器人領(lǐng)域，可構(gòu)建具備環(huán)境感知與實(shí)時(shí)適應(yīng)能力的神經(jīng)形態(tài)控制系統(tǒng)；在計(jì)算領(lǐng)域，有望開發(fā)出能耗降低數(shù)十倍的新型類腦芯片；在醫(yī)療領(lǐng)域，該元件可作為神經(jīng)接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)的雙向信息交互。這種可重構(gòu)的神經(jīng)形態(tài)元件，還將為解析大腦區(qū)域間通信機(jī)制提供全新研究工具。