向人腦“取經”，我國科學家取得重要進展！

雖然人工智能在一些方面的表現已超越了人類，但這不代表它真的很聰明。相反，很多時候它還很傻很天真，仍然需要向人腦“取經”。

近日，我國科學家在類腦研究方面取得重要進展。來自中國科學院化學研究所等單位的研究人員，利用單個器件首次實現了神經化學信號到電信號轉導的模擬。相關研究成果1月13日發表于《科學》雜志。

神經元(A)和納流體憶阻器(B)示意圖。中科院化學所供圖

“這一成果有望推動人類對大腦‘化學語言’的讀取和交互，為發展神經智能傳感、類腦智能器件和神經感覺假肢等提供新的思路?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅锌圃夯瘜W所研究員于萍強調。

大腦控制著人類的思維、感受和情感。在人類漫長的發展歷史中從未停止過對人腦的探索以及對其運行機制和功能的模仿。

當前，世界主要發達國家和地區都在積極推動類腦領域的研究。如歐盟的“人類腦計劃”、美國的“推進創新神經技術腦研究計劃”以及我國的科技創新2030——“腦科學與類腦研究重大項目”等。同時，谷歌、微軟等國際商業公司也將大量研發力量投入到類腦研究中。

科研人員已經在類腦研究領域做出了不少成績，大量模擬腦神經結構和機制的器件、模型相繼被報道。比如，利用兩端口的憶阻器和三端口的神經可塑性晶體管發展出的無機神經形態器件，已經實現了一系列復雜的計算任務，包括超低功耗的并行計算、人工神經網絡的建立等。

與此同時，有機電子研究領域的結果也充分展示了基于有機材料的神經形態設備具有諸多潛在的應用價值，尤其是在與生物系統的結合方面。

“大腦的神經功能與化學信號和電信號密切相關。然而，目前的仿突觸器件只能實現對電信號的識別，很難直接感知化學信號，制備能夠感知化學信號的人工突觸，是神經智能傳感與模擬等領域面臨的科學難題。”論文共同通訊作者毛蘭群說。

在解決這一問題方面，以往的研究已經取得了可喜的成績。其他科研人員先后利用多巴胺電化學氧化過程調控仿神經晶體管和導電橋憶阻器，實現了突觸可塑性功能的化學調控。

但是，化學調控的神經形態器件仍然面臨一些關鍵問題?！耙皇菐缀跛械纳窠浶螒B器件都是固體器件，很難實現與外界信號的化學交互；二是類化學突觸的化學信號與電信號間轉導的模擬尚未實現?！庇谄冀忉?。

為此，于萍和毛蘭群等研究人員利用其在腦神經電分析化學和限域離子傳輸研究領域的長期積累，提出基于限域流體器件發展仿神經突觸功能的構思。在構建聚電解質限域流體體系的基礎上，他們發現該體系具有憶阻器的特征；利用溶液中對離子在聚電解質刷限域空間內傳輸可以使得器件具有記憶效應的特性，成功模擬了多種神經電脈沖行為。

“相比于傳統固體器件，我們發展的流體器件具有可與生物體系相比擬的工作電壓和低功耗?！泵m群說，更重要的是，基于流體體系的特征，此器件可以在生理溶液中模擬神經遞質對記憶功能的調控，成功模擬了突觸可塑性的化學調控行為。

同時，利用聚電解質對不同對離子的識別能力，研究人員實現了神經化學信號與電信號之間轉導的模擬。該成果在化學突觸的模擬研究領域中邁出了關鍵的一步。