新型忆阻器可逼真模拟突触行为 或为研制类脑计算机铺平道路

据美国趣味科学网站26日报道，美国科学家研制出了一种新型“扩散式忆阻器”，模拟了人脑两个神经元的结点——突触内钙离子的行为，逼真度有史以来高。研究人员表示，新设备有助于开发类脑（神经形态）计算机。这种计算机在执行感知和学习任务方面比传统计算机表现更好，也更节能。
该研究、马萨诸塞大学安姆斯特分校电子和计算机工程教授杨志卿（音译）称：“过去，人们用晶体管和电容器来模拟突触行为，这些设备虽能工作，但与真正的生物系统相似性很低，因此效率不高，且耗能更多，逼真度也不够。”
研究表明，人脑约有1000亿个神经元、约1000万亿个突触，科学家们一直希望能研制出类脑计算机来模拟人脑强大的计算能力和高效率。杨志卿表示：“新设备能采用一种更自然、更直接、更逼真的方式模拟突触，不仅模拟一个突触功能，也囊括了其他重要属性。”
在生物系统中，当一个神经脉冲到达突触时，会使通道打开，钙离子流进突触，触发大脑释放“神经传递素”，这些物质会穿过两个神经元之间的沟壑，将脉冲传递给下一个神经元。
新研制的“扩散式忆阻器”由嵌入一个氧氮化硅薄膜（位于两个电极之间）内的银纳米粒子簇组成。薄膜是绝缘体，但当施加电脉冲时，热和电共同作用，使粒子簇分崩离析，纳米粒子散开通过薄膜并终形成一根导电丝，让电流从一个电极到达另一个电极。一旦电压移走，温度下降，纳米粒子又重新聚合成簇。研究人员称，因为这一过程类似于生物突触内钙离子的行为，该设备能模拟神经元的短期可塑性。
他们也将新忆阻器同漂移忆阻器（依靠电场而非扩散，非常适合存储用途）结合，展示了神经元的一种长期可塑性——“尖峰时刻相关可塑性（STDP）”。以前也曾有人用漂移忆阻器模拟钙离子的行为，但其物理过程与生物突触迥然不同，限制了模拟突触功能的逼真度和多样性。