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

近日，我國科學(xué)家在類腦研究方面取得重要進(jìn)展。來自中國科學(xué)院化學(xué)研究所等單位的研究人員，利用單個(gè)器件首次實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)到電信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬。相關(guān)研究成果1月13日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“這一成果有望推動(dòng)人類對(duì)大腦‘化學(xué)語言’的讀取和交互，為發(fā)展神經(jīng)智能傳感、類腦智能器件和神經(jīng)感覺假肢等提供新的思路。”論文共同通訊作者、中科院化學(xué)所研究員于萍強(qiáng)調(diào)。

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

當(dāng)前，世界主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都在積極推動(dòng)類腦領(lǐng)域的研究。如歐盟的“人類腦計(jì)劃”、美國的“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃”以及我國的科技創(chuàng)新2030——“腦科學(xué)與類腦研究重大項(xiàng)目”等。同時(shí)，谷歌、微軟等國際商業(yè)公司也將大量研發(fā)力量投入到類腦研究中。

科研人員已經(jīng)在類腦研究領(lǐng)域做出了不少成績，大量模擬腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)和機(jī)制的器件、模型相繼被報(bào)道。比如，利用兩端口的憶阻器和三端口的神經(jīng)可塑性晶體管發(fā)展出的無機(jī)神經(jīng)形態(tài)器件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一系列復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，包括超低功耗的并行計(jì)算、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立等。

與此同時(shí)，有機(jī)電子研究領(lǐng)域的結(jié)果也充分展示了基于有機(jī)材料的神經(jīng)形態(tài)設(shè)備具有諸多潛在的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在與生物系統(tǒng)的結(jié)合方面。

“大腦的神經(jīng)功能與化學(xué)信號(hào)和電信號(hào)密切相關(guān)。然而，目前的仿突觸器件只能實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)的識(shí)別，很難直接感知化學(xué)信號(hào)，制備能夠感知化學(xué)信號(hào)的人工突觸，是神經(jīng)智能傳感與模擬等領(lǐng)域面臨的科學(xué)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(jīng)取得了可喜的成績。其他科研人員先后利用多巴胺電化學(xué)氧化過程調(diào)控仿神經(jīng)晶體管和導(dǎo)電橋憶阻器，實(shí)現(xiàn)了突觸可塑性功能的化學(xué)調(diào)控。

但是，化學(xué)調(diào)控的神經(jīng)形態(tài)器件仍然面臨一些關(guān)鍵問題。“一是幾乎所有的神經(jīng)形態(tài)器件都是固體器件，很難實(shí)現(xiàn)與外界信號(hào)的化學(xué)交互；二是類化學(xué)突觸的化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬尚未實(shí)現(xiàn)。”于萍解釋。

為此，于萍和毛蘭群等研究人員利用其在腦神經(jīng)電分析化學(xué)和限域離子傳輸研究領(lǐng)域的長期積累，提出基于限域流體器件發(fā)展仿神經(jīng)突觸功能的構(gòu)思。在構(gòu)建聚電解質(zhì)限域流體體系的基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)該體系具有憶阻器的特征；利用溶液中對(duì)離子在聚電解質(zhì)刷限域空間內(nèi)傳輸可以使得器件具有記憶效應(yīng)的特性，成功模擬了多種神經(jīng)電脈沖行為。

“相比于傳統(tǒng)固體器件，我們發(fā)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。”毛蘭群說，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(jīng)遞質(zhì)對(duì)記憶功能的調(diào)控，成功模擬了突觸可塑性的化學(xué)調(diào)控行為。

同時(shí)，利用聚電解質(zhì)對(duì)不同對(duì)離子的識(shí)別能力，研究人員實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)之間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬。該成果在化學(xué)突觸的模擬研究領(lǐng)域中邁出了關(guān)鍵的一步。