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大脑的未来:人工突触的故事_高鹰生殖中心

来源: 新华社
02:26:43

寄宿学校的朱丽叶大脑的未来:人工突触的故事

范玮琪 背叛友谊

    今天的人类不是很努力地进行“计算飞行”。在漂泊的地球上,小球脱离太阳,但在现实中,人类很可能面临着传统计算无法满足未来计算需求的“计算灾难”。无人驾驶、人工智能、基因工程和大规模移动设备正日益渴望计算。摩尔定律的瓶颈正在逼近,晶体管芯片越来越面临计算能力耗尽的危险。为了摆脱未来可能爆发的“灾难”,计算科学已经构思了许多“逃生计划”。当然,最著名的是量子计算。除了量子计算,人类实际上还有许多其他的计划。方案B作为一种算术解决方案,以一种类似大脑的计算方式存在,它在人脑中寻找答案。众所周知,世界上最强大的计算机并不像普通的大脑那么强大,但是大脑如何完成极其复杂的计算一直是一个终极的谜。解决大脑计算难题的一个方法是探索神经元的工作原理,模仿神经元的工作模式来制造计算设备,从而在外部世界复制大脑的计算能力。这是计算科学与脑科学的融合命题,也是人工智能的探索目标。在神经元的分裂过程中,一颗新的恒星在过去的两年里一直在上升,这就是所谓的人工突触。这个名字,对大多数人来说有点奇怪,现在可能没有量子计算那么响亮,但它可能是类大脑计算发展的基石。也许有一天,人类计算灾难将使用这个奇怪的名字技术作为诺亚方舟。让我们谈谈什么是人工突触,它们是如何发展的,以及它们未来的用途。什么是突触?“突触”这个词听起来很奇怪,但实际上我们每个人都有大量的突触。今天我们知道大脑的工作是基于巨大的神经元的工作。然而,神经元之间没有原生质联系,只是相互联系。这些神经元之间的接触点称为突触。人脑包含800亿个神经元和超过100万亿个突触。这些突触相互作用,支持神经元之间的相互作用,从而在大脑中每秒完成数万亿次计算,从而产生人类的情感、记忆和思考。换句话说,突触是当今神经科学中最基本的生物智能单位。它们就像芯片力的晶体管,支持大脑和神经系统的运作。突触和神经元是如何工作的仍然是个谜。研究表明,突触的主要工作形式是神经元之间的化学反应,通过分泌乙酰胆碱和氨基酸在大脑中完成计算。也有理论认为,突触的基本工作形式是释放神经中的电流,以抑制和刺激生物电来支持人脑的运作。同时,有一种理论认为中枢神经系统的环境是特殊的,化学反应和生物电是工作原理的一部分。在神经科学家越来越多地发现什么是突触之后,计算科学开始思考:既然大脑是强大的,而大脑的力量是基于突触的,我们能制造出一个突触吗?计算的另一个想象是:人工突触的研究很早就开始了,突触传递的工作原理在软件层面上激发了大量的技术进步。例如,突触系统中的突触可塑性给复杂神经网络的构建带来了很大的启发,甚至成为人工智能学术界的共识之一。值得注意的是,近两年来,在人工突触的硬件水平上取得了新的科学成果。甚至可以说,除了忙碌的人工智能和量子计算之外,人工突触(一条冷轨道)也开始显示出加速的迹象。2017年,有媒体报道称,中美跨国科研团队模仿了不熟悉的晶体管中突触的工作。研究人员在一个10厘米的晶片上制造了144个突触晶体管,创造出有史以来耗电最少的合成突触系统。另一个趋势是在人造突触的发展中使用了更多的新材料。例如,2017年4月,斯坦福大学和桑迪亚国家实验室共同构建了一个人工突触。其物质主要由氢和碳组成,具有明显的光卤水亲和力。该材料可用于脑-机接口等领域,观察和解决人脑中的实际问题。去年

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