人工智能：开发出可模仿大脑活动的芯片

几十年来，科学家们一直梦想着创造一个可以复制人类大脑学习新问题的能力的计算机系统。

麻省理工学院的科学家们如今朝着实现这一目标迈出了重要一步，他们开发出了一种计算机芯片，可以模拟大脑神经元对新信息的适应方式。这种被称为可塑性的现象被认为是许多大脑功能的基础，包括学习和记忆。

该硅芯片拥有约400个晶体管，可以模拟单个大脑突触的活动——突触是两个神经元之间的连接，有助于信息从一个神经元传递到另一个神经元。项目负责人Chi-Sang Poon表示，研究人员希望该芯片能够帮助神经科学家更深入地了解大脑的运作方式，并可用于开发人工视网膜等神经假体。

突触建模

大脑中约有1000亿个神经元，每个神经元都与许多其他神经元形成突触。突触是两个神经元（突触前神经元和突触后神经元）之间的空间。突触前神经元释放谷氨酸和GABA等神经递质，这些递质与细胞突触后膜上的受体结合，激活离子通道。这些通道的开启和关闭会导致细胞电位发生变化。如果电位变化足够剧烈，细胞就会发出称为动作电位的电脉冲。

所有突触活动都依赖于离子通道，它控制着钠、钾和钙等带电离子的流动。这些通道也是长期增强（LTP）和长期抑制（LTD）这两个过程的关键，这两个过程分别增强和减弱突触。

科学家们设计了他们的计算机芯片，使晶体管能够模拟不同离子通道的活动。大多数芯片以二进制开/关模式运行，而新芯片上的电流以模拟模式流过晶体管。电势梯度使电流流过晶体管，就像离子在细胞中流过离子通道一样。

“我们可以调整电路参数，聚焦于特定的离子通道，”Poon说。“现在我们有办法捕捉神经元中发生的每一个离子过程。”

加州大学洛杉矶分校神经生物学教授 Dean Buonomano 表示，新芯片代表着“在 CMOS（互补金属氧化物半导体）芯片上研究生物神经元和突触可塑性的重大进展”，并补充道，“其生物真实感水平令人印象深刻。

科学家们计划利用他们的芯片创建模拟特定神经功能的系统，例如视觉处理系统。这样的系统可能比数字计算机快得多。即使是高性能计算机系统也需要数小时甚至数天才能模拟简单的脑回路。而利用该芯片的模拟系统，模拟速度比生物系统更快。

这些芯片的另一个潜在用途是定制与生物系统的交互，例如人工视网膜和大脑。Poon表示，未来这些芯片可能成为人工智能设备的基石。