人工智能：旨在模擬大腦活動的芯片

數十年來，科學家們夢想著創造一個可以復制人腦的才能以探索新挑戰的計算機系統。

麻省理工學院的科學家們現在已經朝著這個目標邁出了重要的一步，開發了一種計算機芯片，模擬大腦神經元響應新信息的機制。這種被稱為可塑性的現像被科學家們認為是許多大腦功能的基礎，包括學習和記憶。

大約400個晶體管和矽芯片可以模擬單個大腦突觸的活動 - 兩個神經元之間的連接，這有助於將信息從一個神經元轉移到另一個神經元。研究人員預計，該芯片將幫助神經科學家更多地了解大腦的工作，並且還可以用於開發人工視網膜等神經假體，項目經理Chi-Sang-poon說。

模擬突觸

在大腦中，大約有1000億個神經元，每個神經元形成與大量其他神經元的突觸。突觸 - 兩個神經元（突觸前和突觸後神經元）之間的差距。突觸前神經元分泌神經遞質，例如穀氨酸和GABA，其與細胞突觸後膜上的受體結合，激活離子通道。這些通道的打開和關閉導致電池電勢的變化。如果電位變化足夠大，電池會觸發一種稱為動作電位的電脈衝。

所有突觸活動取決於離子通道，它控制帶電離子如鈉，鉀和鈣的流動。這些通道在兩個被稱為長時程增強（LTP）和長期抑制（LLC）的過程中也是關鍵的，這兩個過程分別加強和減弱突觸。

科學家已經開發出自己的計算機芯片，因此晶體管可以模擬各種離子通道的活性。雖然大多數芯片以二進制模式工作 - “開/關”，新芯片上的電流以模擬模式流過晶體管。電勢的梯度使得流動以與離子穿過細胞中的離子通道相同的方式流過晶體管。

“我們可以調整電路參數以便在特定的離子通道上進行濃縮，”潘說。“現在我們有辦法捕捉神經元中發生的每一個離子過程。”

新的芯片是“在CMOS [互補金屬氧化物半導體]芯片的努力，生物神經元和突觸可塑性的研究顯著進步，”院長Buonomano，在加州大學洛杉磯分校神經生物學教授補充說，“生物現實主義的水平，令人印象深刻。

科學家計劃使用他們的芯片來創建模擬特定神經功能的系統，如視覺處理系統。這樣的系統可能比數字計算機快得多。即使在高性能計算機系統上，也需要數小時或數天的時間來模擬簡單的大腦電路。使用模擬芯片系統，模擬比生物系統更快。

這些芯片的另一個潛在的應用，調整與生物系統，如人造視網膜和大腦的相互作用。潘說，未來這些芯片可以成為人造智能設備的標準模塊。