日本NIMS研发出新型神经形态网络：可以像人类一样记忆、学习、恢复平静

近日，由日本物质材料研究机构(NIMS)领导的国际联合研究团队宣布，已经成功地制造了由众多金属纳米线组成的神经形态网络。使用该网络，该团队能够产生与人类独特的高级大脑功能相关的电学特征，例如记忆、学习、忘记，变得机警并恢复平静。

近年来，人工智能（AI）技术的发展迅速发展，并已开始以各种方式影响我们的生活。尽管AI以类似于人脑的方式处理信息，但人脑操作的机制仍然未知。科学家们已经详细研究了基本的大脑成分，例如神经元及其之间的连接（突触）。但是，仍有许多有关大脑整体的问题需要回答。

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，以及大脑如何变得机敏并恢复平静。另外，在实验研究中，活脑很难操作。

由于这些原因，大脑仍然是一个“神秘器官”。大脑研究的另一种方法——创建能够执行类似大脑的功能的材料和系统并研究其机理——可能有效地识别类似大脑的信息处理的新应用，并促进大脑科学的发展。

联合研究小组最近通过整合涂有厚度约1纳米的聚合物（PVP）绝缘层的大量银（Ag）纳米线，建立了一个复杂的类似于大脑的网络。

两根纳米线之间的连接点形成行为类似于神经元突触的可变电阻元件（即突触元件）。包含大量复杂相互作用的突触元件的纳米线网络形成了“神经形态网络”。当将电压施加到神经形态网络时，它似乎在“努力”寻找最佳电流路径。

研究团队测量了电流流过网络时电流通路形成，保持和失活的过程，发现这些过程总是随着过程的发展而波动，类似于人脑的记忆，学习和遗忘过程。观察到的时间波动也类似于大脑变得机敏或恢复平静的过程。

他们发现，神经形态网络模拟的类脑功能是由于网络中的大量突触元素共同起作用以优化电流传输而发生的。

（a）由该研究小组制作的神经形态网络的显微照片。该网络包含纳米线之间的许多结，这些结充当突触元件。 在网络上（绿色探针之间）施加电压时，网络中会形成电流路径（橙色）。 （b）人脑及其神经网络之一。 已知大脑具有复杂的网络结构，并通过电信号在网络中传播而运行。（图源：NIMS）

该研究小组目前正在使用神经形态网络材料开发类似大脑的存储设备。该团队打算将存储设备设计为使用与当前计算机所使用的原理完全不同的原理进行操作，例如，它必须在特定的限制内快速做出决定。

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。