金属纳米线网络中出现的类脑功能

NIMS领导的国际联合研究团队成功制造了由许多金属纳米线组成的神经形态网络。利用这个网络，该团队可以产生与人类独特的高级大脑功能相关的电特征，如记忆、学习、遗忘、变得警觉和恢复平静。然后，研究小组阐明了诱发这些电特性的机制。

近年来，人工智能(AI)技术发展迅速，并开始以各种方式影响我们的生活。虽然AI处理信息的方式与人脑相似，但人脑运作的机制仍然未知。已经详细研究了诸如神经元及其连接(突触)的基本大脑组件。但是，很多关于全脑的问题需要解答。例如，我们仍然不完全了解大脑如何执行记忆、学习和遗忘等功能，以及大脑如何变得警觉和平静。另外，在实验研究中，活体大脑很难操作。由于这些原因，大脑仍然是一个“神秘的器官”。

该联合研究小组最近通过整合大量银(Ag)纳米线建立了一个类似于大脑的复杂网络，这些纳米线涂有厚度约为1纳米的聚合物(PVP)绝缘层。两条纳米线之间的连接形成了可变电阻元件(即突触元件)，其行为类似于神经元突触。纳米线网络包含大量复杂的相互作用的突触元件，形成了“神经形态网络”。当电压施加到神经形态学网络时，它似乎在“试图”找到最佳电流路径(即最有效的电流路径)。研究小组测量了电流路径形成的过程，发现这些过程总是随着它们的进展而波动，类似于人脑中记忆、学习和遗忘的过程。观察到的时间波动也类似于大脑变得警觉或平静下来的过程。发现神经形态网络模拟的类脑功能之所以发生，是因为网络中大量的突触元件协同工作，优化电流传递。换句话说，这是自组织和新兴动态过程的结果。

研究小组目前正在利用神经形态学网络材料开发类脑存储设备。该团队打算设计一种存储设备，其工作原理与当前计算机使用的完全不同。例如，虽然当前的计算机被设计为花费绝对必要的时间和力量来追求绝对最佳的解决方案，即使得到的解决方案可能不是绝对最佳的，但新的存储设备旨在在一定限度内快速做出决定。研究小组还希望这项研究能够促进对大脑信息处理机制的理解。

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